电大水利水电专科【水力学(B)】 形成性考核册答案(附题目)

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电大【水力学(B)】形成性考核册答案电大【水力学(B)】形考作业一:(第1、2章)一、 单项选择题(每小题3分,共计12分)1.静止液体中同一点各方向的静水压强(a)a、大小相等; b、大小不等;c、仅水平方向数值相等; d、铅直方向数值为最大。2.在平衡液体中,质量力与等压面(d)a、重合;b、平行c、相交;d、正交。3.液体只受重力作用,则静止液体中的等压面是(b)a、任意曲面;b、水平面c、斜平面;d、旋转抛物面。4.液体中某点的绝对压强为88kN/m2,则该点的相对压强为(b)a、10kN/m2b、-10kN/m2c、12kN/m2d、-12kN/m2二、 填空题(每小题3分,共计9分)1.牛顿内摩擦定律适用的条件是层流运动和牛顿流体。2.液体中某点的相对压强值为20kN/m2,则该点的绝对压强值为118kN/m2,真空度为不存在。3.当压力体与受压面位于同一侧,则铅垂方向作用力的方向是向下。三、 判断题(每小题3分,共计9分)1.理想液体是不考虑液体粘滞性的理想化的液体。()2.图中矩形面板上的静水总压力作用点D与受压面的形心点C重合。()3.静止液体内任何一点的测压管水头等于常数。()四、 问答题(每小题5分,共计10分)1.液体的基本特征是什么?答:液体的基本特征是易流动、不易被压缩、均匀等向的连续介质。2.什么是液体的粘滞性?它对液体运动有什么影响?答:对于流动的液体,如果液体内部的质点之间存在相对运动,那么液体质点之间也要产生摩擦力来反抗这种相对运动的发生,我们把液体的这种特性称为粘滞性;由于粘滞性的存在,液体在运动过程中要克服粘滞助力作功而消耗能量,所以粘滞性是液体在流动过程中产生能量损失的根源。五、 作图题(每小题5分,共计10分)1.试绘制图中AB面上的静水压强分布图2.试绘制图中曲面ABC上的水平方向静水压强分布图及压力体图pgh1pg(h1+h2)pg(h1+h2+h3)pg(h1+h2)pg(R1+R2)题51题5-2六、 计算题(共4题,计50分)1.如图所示,平板在水面上作水平运动,速度为v=10cm/s,平板与下部固定底板的距离为=1mm,平板带动水流运动速度呈直线分布,水温为20C,试求:作用平板单位面积上的摩擦力。(12分)解:因为水流运动速度呈直线分布,则流速梯度为常数,即:du/dy=0.1/0.001=100查表1-1,温度为20时水的动力粘滞系数为:=1.00210-3Ns/m2根据牛顿内摩擦定律,平板单位面积上的摩擦力为:=(du/dy)=1.00210-3100=0.1002NCDECDE2.图示为复式比压计,各点的高度如图所示,已知油的密度为油=800kg/m3,水银的密度为水的密度13.6倍,求A,B两点的压强差。(12分)解:图中等压面为C-C,D-D,E-E。计算如下:PC=PA+水g0.5PD=PC汞g0.2PE=PD+油g0.3PB=PE水g0.6汞g0.4PB=PA+水g0.5汞g0.2+油g0.3水g0.6汞g0.4PAPB=水g0.1+汞g0.6油g0.3=19.80.1+13.619.80.60.89.80.3=78.596KN/m23.如图所示矩形挡水闸AB,已知水深h=3m,板的宽b2.5m,求作用在矩形平板AB上的静水总压力大小以及作用点处的水深。(12分)解:依题意作用在闸门AB上的静水总压力FP应为:Fp=pcA=ghcA=pg(h/2)hb=1/2pgh2b=1/219.8322.5=110.25KN静水总压力Fp的作用点为:即总压力的作用点位于水面下2米处。4.图示为溢流坝上的弧型闸门。已知R=6m,弧门宽B=5m,=60,试求:(1)作用在弧型闸门上的静水总压力。(10分)(2)静水总压力作用点hD的位置。(4分)解:(1)计算水平分力:计算垂直分力:垂直分力等于压力体eabB的水重。长方形abce面积=aeec=4(6-6cos60o)=12m2扇形eoB的面积=(60/360)R2=(1/6)3.1462=18.84m2三角形coB的面积=(1/2)Bcco=(1/2)6sin60o6cos60o=7.79m2压力体eabB的体积=(12+18.84-7.79)5=115.25m3所以,垂直分力Fpz=pgv=19.8115.25=1129.5KN(反向向上)闸门上的静水总压力(2)Fp和水平线的夹角为,=33.90o因为曲面是圆柱面的一部分,各点压强都垂直于圆柱面,且同通过圆心O点,所以总压力Fp的作用线必通过O点,Fp的作用点距水平面的距离:hD=4+Rsin=4+6sin33.90o=7.35m电大天堂【水力学(B)】形考作业二:(第3、4章)一、 单项选择题(每小题2分,共计10分)1、紊流粗糙区的水头损失与流速成(b)a、一次方关系;b、二次方关系;c、1.752.0次方关系;d、不能确定2、已知液体流动的沿程水头损失系数与边壁粗糙度和雷诺数Re都有关,即可以判断该液体流动属于(c)a、层流区;b、紊流光滑区;c、紊流过渡粗糙区;d、紊流粗糙区3、有压管道的管径d与管流水力半径的比值d/R=(b)a、8b、4c、2d、14、已知突扩前后有压管道的直径之比d1/d2=1:2,则突扩前后断面的雷诺数之比为(a)a、2b、1c、0.5d、0.255、层流断面流速分布规律符合(c)a、对数分布;b直线分布;c、抛物线分布;d、椭圆分布。二、 填空题(每小题2分,共计8分)1、恒定流时流线与迹线重合。2、实际液体在流动时产生水头损失的内因是液体的粘滞性,外因是边界条件的影响。3、雷诺试验揭示了液体存在_层流_和_紊流_两种流态,并可用临界雷诺数来判别液流的流态。4、在等直径长直管道中,液体的温度不变,当流量逐渐增大,管道内的雷诺数Re将逐渐增大。三、 判断题(每小题2分,共计16分)1、根据连续性方程,流速与过流断面面积成正比。()2、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。()3、只有过水断面上各点流速相等的流动才是均匀流()4、均匀流与渐变流一定是恒定流,急变流一定是非恒定流。()5、判别圆管水流是层流或紊流流态的临界雷诺数Re为2000。()6、层流一定是均匀流,紊流一定是非均匀流。()7、根据达西公式hf=,层流沿程水头损失与流速平方成正比。()8、紊流粗糙区的沿程水头损失系数只与雷诺数有关。()四、 问答题(每小题5分,共计10分)1、 有人说“均匀流一定是恒定流”,这种说法是否正确?为什么?答:这种说法是错误的,均匀流不一定是恒定流。因均匀流是相对于空间而言,即运动要素沿流程不变,而恒定流是相对于时间而言,即运动要素不随时间而变。两者判别标准不同。2、 根据尼古拉兹实验,简单叙述沿程水头损失系数在不同流态的变化规律。答:通过尼古拉兹实验可以发现:在层流中仅是雷诺数Re的函数并与Re成反比;在层流到紊流过渡区,仅是Re的函数;在紊流光滑区=f1(Re);过渡区=f2(Re,/d);粗糙区=f3(/d),紊流粗糙区又称为阻力平方区。五、 计算题(共5题,计56分)1、 管道直径d=10mm,通过流量Q=20cm3/s,运动粘度=0.0101cm2/s。问管中水流流态属层流还是紊流?若将直径改为d=30mm,水温、流量不变,问管中水流属何种流态?(8分)解:(1)运动粘度=0.0101cm2/s,而管道截面积A=d2/4,=Q/A,则管道流动的雷诺数:管道水流为紊流。(2)管道流动的雷诺数,故可知水温、流量不变,管径扩大3倍后的雷诺数将直径改为d=30mm,水温、流量不变,管中水流是层流。2、图示水箱一侧有一向上开口的短管,箱内水位恒定,水通过管嘴向上喷射。若管嘴出口至水箱水面的高度h=5m,管嘴局部水头损失系数=0.2,取动能校正系数=1。求管嘴的出流速度v及此射流达到的高度z。(12分)321解:(1)以管嘴出口为基准面,对水面1和管嘴出口2列能量方程,得:由h=5m,=0.2,=1得=9.04m/s(2)以管嘴出口为基准面,管嘴出口2和水面3列能量方程,得:由=9.04m/s,=1得3、已知如图所示的文丘里管流量计,管的直径d1=5cm,d2=2cm,1断面与喉管断面的测压管水头差为h=5cm,如果文丘里管流量计流量修正系数=0.98,求管路中通过流量Q为多少?(不计水头损失)(12分)解:计算文丘里管常数:管路中通过的流量:4、某水平管路的直径d1=7.5cm,管内流速v1=0.70m/s,管路末端接一渐缩喷嘴通入大气(如图)。喷嘴出口直径d2=2.0cm,用压力表测得管路与喷嘴接头处压强p=49kN/m2,求水流对喷嘴的水平作用力F(取动量校正系数为1)(12分)x解:取管路1-1断面和管嘴2-2断面为计算断面,根据连续方程得:对喷嘴建立x方向的动量方程,=1得:pA1F=Q(v2xv1x)F=pA1Q(v2v1)=49(1/4)3.140.0752-110.0031(2.625-0.7)=0.21KN水流对喷嘴的水平作用力F与F大小相等,方向相反。5、有一浆砌块石的矩形断面渠道,宽b=6m,当Q=14.0m3/s时,渠中均匀水深h=2m,糙率n=0.025,试求500m长渠道中的沿程水头损失。(12分)解:计算渠道断面水力要素:过流断面面积A=bh=62=12m2湿周=b+2h=6+22=10m水力半径根据舍齐公式,沿程水头损失:电大天堂【水力学(B)】形考作业三:(第5、6、7章)一、单项选择题(每小题2分,共计10分)1、 根据管道水头损失计算方法的不同,管道可以分为(a)a、 长管,短管;b、复杂管道,简单管道;c、并联管道,串联管道;2、矩形水力最佳断面的宽深比=(b)a、1;b、2;c、3;d、43、在缓坡明渠中不可以发生的流动是(b)a、均匀缓流;b、均匀急流;c、非均匀缓流;d、非均匀急流。4、长管的总水头线与测压管水头线(b)b、 重合;b、相平行的直线;c、相平行呈阶梯状。5、水流在明渠中的流态为缓流时,其水深hhk,弗汝德数Fr_1。(c)a、,;b、;c、,。二、填空题(每小题2分,共计4分)1、在水击计算中阀门关闭的时间TsTr的水击称为间接水击。2、a2型水面曲线是发生在陡坡上的急流(指急流或缓流)的水面线,这时弗汝德数Fr沿程减小(指增大、减小或不变)三、判断题(每小题2分,共计12分)1、水泵的扬程就是指提水的高程。()2、同样条件下直接水击比间接水击更不安全。()3、在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。()4、在流量和渠道断面形状一定的条件下,水跃的跃后水深随跃前水深的增大而增大。()5、断面比能沿流程总是减小的。()6、陡坡渠道中产生均匀流必定是急流,缓坡上出现均匀流必为缓流。()四、问答题(每小题4分,共计8分)1、 简述明渠均匀流的特征。书本P148面2、判别明渠水流的流态有哪几种方法?答:有四种方法:(1)用弗德德数判别(2)用微波波速判别(3)用临界水深判别(4)用临界流速判别五、作图题(共2题,计8分)1、定性绘出图示管道(短管)的总水头线和测压管水头线。测 压 管 水 头 线总 水 头 线v0=02、定性绘出图示棱柱形明渠内的水面曲线,并注明曲线名称及流态。(各渠段均充分长,各段糙率相同)NnNnN1nN1nN2nN2nN3nN3n(a)(b)七、 计算题(共6题,计58分)1、图示用直径d=0.4m的钢筋混凝土虹吸管从河道向灌溉渠道引水,河道水位为120m,灌溉渠道水位118m,虹吸管各段长度为l1=10m,l2=5m,l3=12m,虹吸管进口安装无底阀的滤网(=2.5),管道有两个60o的折角弯管(=0.55)。(12分)B求:(1)通过虹吸管的流量。B(2)当虹吸管内最大允许真空值hv=7.0m时,虹吸管的最大安装高度。解:(1)虹吸管的出口淹没在水面以下,当不计行近流速时,可按照淹没出流公式来计算流量。先计算管道流量系数:虹吸管的流量:(2)虹吸管的最大真空发生在管道的最高位置。即BB断面。以上游河面为基准面,对断面00和断面BB建立能量方程:其中,v=Q/A=0.35/(3.140.22)=2.79m/s,取=1.0,v00,代入得则:式中是断面BB的真空值,它满足故虹吸管的最大安装高度:2、底宽b=1.5m的矩形明渠,通过的流量为Q=1.5m3/s,已知渠中的水深h=0.4m,则判断该处水流的流态。(7分)解:求临界水深hk:q=Q/b=1.5/1.5m3(sm)=1m3(sm)用临界水深判别:hohk,所以下游水流是缓流。根据能量方程,以渠道底为基准面,对断面11和tt建立能量方程。忽略行进水头,则=0,取,不计水头损失。求得H=1.6m.(2)判别水跃发生的位置先求收缩断面水深hc的共轭水深hc因为hthc,为远驱式水跃衔接,水跃发生在ht的共轭水深处ht电大天堂【水力学(B)】形考作业四:(第7、8章)一、单项选择题(每小题2分,共计16分)1、闸孔出流的流量与闸前水头的(d)成正比。a、1次方b、2次方c、3/2次方d、1/2次方2、溢流堰的过堰流量与堰顶水头的(c)次方成正比。a、1次方b、2次方c、3/2次方d、1/2次方3、底流式消能池中产生的水跃应该是(a)a、远离式水跃,b、临界水跃,c、强淹没水跃,d、淹没系数为1.051.1的弱淹没水跃4、对于底坎为平顶堰的闸孔,相对开度e/H(a)时的水流运动为堰流。a、0.65b、0.67c、0.75d、2.55、渗流研究的对象是(a)的运动规律。a、重力水;b、毛细水;c、气态水;d、薄膜水。6、按重力相似准则设计的水力学模型,长度比尺L=100,模型中水深为0.1米,则原型中对应点水深为和流量比尺为(d)a、 1米,Q=1000;b、10米,Q=100;c、1米,Q=100000;d、10米,Q=100000。7、测量水槽中某点水流流速的仪器有(b)a、文丘里计b、毕托管c、测压管d、薄壁堰8、泄水建筑物下游发生远驱水跃,下游收缩断面水深hc的共轭水深hc_下游河道的水深ht。(c)a、。二、判断题(每小题2分,共计12分)1、其它条件相同时,实用堰的流量系数大于宽顶堰的流量系数。()2、影响WES实用堰流量系数的两个因素是:实际水头H与设计水头Hd之比,上游堰高P与设计水头Hd之比。()3、底流消能消力池深度是以通过的最大流量作为设计流量的。()4、渗流达西定律适用的条件是恒定均匀层流渗流,并且无渗透变形。()5、两个液流只要在相应点的速度和加速度的大小成比例,则两个液流就是运动相似的。()6、棱柱体明渠恒定渐变流的水面曲线有12条,而地下河槽无压渗流的浸润曲线只有4条。()三、问答题(每小题4分,共计12分)1、简述堰的分类和相应的水流运动特征。详见P206,堰流的分3类:1、薄壁堰流2、实用堰流3、宽顶堰流2、简述泄水建筑物下游有哪几种消能形式和它们的特点。详见P227,泄水建筑物下游有3种消能形式1、底流消能与衔接2、挑流消能与衔接3、面流消能与衔接3、建立渗流模型应遵循哪些原则?详见P242,(1)(2)(3)(1)通过渗流模型的流量必须和实际渗流的流量相等。(2)对同一作用面,从渗流模型得出的动水压力,应当和真实渗流动水压力相等。(3)渗流模型的阻力和实际渗流应相等,也就是说水头损失应该相等。四、计算题(共5题,计60分)1、有一5孔WES型实用堰。每孔净宽b8.0m,堰高P=50m,堰顶设计水头H3.2m,溢流堰下接远离式水跃。已知WES型实用堰的设计流量系数md0.502,侧收缩系数0.96,(10分)(1)求实用堰的设计流量Qd,(2)如果实测堰顶设计水头H4.0m,过堰流量Q为500m3/s,试求流量系数解:(1)P/H=50/3.2=15.61.33是高堰,且溢流堰下接远离式水跃,为非淹没,实用堰的流量,s=1,得:Qdsmdnb10.960.50258=488.52m3/s(2)当H4.0m,Q=500m3/s时,P/H=50/4=15.61.33是高堰,为非淹没,实用堰s=1,得:Qsmnb50010.96m58求得:m=0.3682、某平底坎水闸,共有10孔,采用平板闸门,每孔宽度为b=4m,闸门开度e=2m,下游水深ht=3m,当通过闸孔的流量Q=470m3/s时,求闸前水头为多少?(8分)解:忽略行进水头,先假设闸孔为自由出流,Q=470m3/s,代入闸孔出流基本计算公式求得H3、如图所示,在溢流坝下游收缩断面hc0.315m,溢流坝单宽流量q2.45m2/s。已知下游水深ht1.5m。(1)试判别是否需要修建消力池?(2)如需修建消力池,不考虑挖深影响(hc不变)和出池水面跌落z,试设计挖深式消能池的池深d,消力池水跃淹没系数取=1.1。(12分)解:(1)判别闸下水跃形式产生远驱式水跃所以下游需要建消力池(2)设计池深4、一矩形断面陡槽,如图所示,槽宽b=5m,下接一个宽度相同的缓坡明槽,当通过的流量Q=20m3/s时,陡槽末端水深h1=0.5m,下游水深ht=1.80m,试判别水跃的衔接形式。如果水跃从1一1断面开始发生,所需下游水深应为多少?(10分)解:解:(1)判别陡槽水跃衔接形式求单宽流量q=Q/b=20/5=4m3/sm产生远驱式水跃(2)如果水跃从1一1断面开始发生,这种衔接为临界水跃衔接,所需下游水深5、直径的圆柱形滤水器,滤水层由均匀砂组成,厚1.5m,渗透系数=0.013cm/s,求在H=0.6m的恒定流情况下,滤水器的渗流流量Q。(10分)解:水力坡度J=hw/L=0.6/1.5=0.46、以重力相似原则设计的某水工模型,长度比尺l=25;若原型中闸孔收缩断面处的平均流速vp=7.5m/s,坝高PP=50m,则确定模型中相应收缩断面处的平均流速和vm和坝高Pm。如果原型中过闸流量Qp=3000m3/s,则模型中相应的流量为Qm为多少?(10分)解:(1)确定模型中相应收缩断面处的平均流速vm(2)确定模型坝高Pm。采用正态模型,坝高比尺(3)确定模型中相应的流量为Qm19
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