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水力学练习题及参考答案一、是非题(正确的划“”，错误的划“)1、理想液体就是不考虑粘滞性的实际不存在的理想化的液体。 （）2、图中矩形面板所受静水总压力的作用点与受压面的形心点 O重合。() 3、园管中层流的雷诺数必然大于3000。 ()4、明槽水流的急流和缓流是用Fr判别的，当 Fr1为急流。 () 5、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。 （）6、水流总是从流速大的地方向流速小的地方流动。 （）6、达西定律适用于所有的渗流。 （）7、闸孔出流的流量与闸前水头的1/2次方成正比。 （）8、渐变流过水断面上各点的测压管水头都相同。 () 9、粘滞性是引起液流运动能量损失的根本原因。 ()10、直立平板静水总压力的作用点就是平板的形心。 （）11、层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。 ()12、陡坡上出现均匀流必为急流，缓坡上出现均匀流必为缓流。 () 13、在作用水头相同的条件下，孔口的流量系数比等直径的管嘴流量系数大。 ()14、两条明渠的断面形状、尺寸、糙率和通过的流量完全相等，但底坡不同，因此它们的正常水深不等。 () 15、直立平板静水总压力的作用点与平板的形心不重合。 （）16、水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。 ()17、水头损失可以区分为沿程水头损失和局部水头损失。 () 18、牛顿内摩擦定律适用于所有的液体。 ()19、静止液体中同一点各方向的静水压强数值相等。 （）20、明渠过流断面上各点的流速都是相等的。 ()21、缓坡上可以出现均匀的急流。 () 22、静止水体中,某点的真空压强为50kPa，则该点相对压强为-50 kPa。 ()24、满宁公式只能适用于紊流阻力平方区。 () 25、水深相同的静止水面一定是等压面。 ()26、恒定流一定是均匀流，层流也一定是均匀流。 （）27、紊流光滑区的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。 ()28、陡坡上可以出现均匀的缓流。 () 29、满宁公式只能适用于紊流阻力平方区。 ()30、当明渠均匀流水深大于临界水深，该水流一定是急流。 ()31、缓坡上只能出现非均匀流缓流。 （）32、静水压强的大小与受压面的方位无关。 ()33、水泵的扬程就是指水泵的提水高度。 ()34、恒定总流能量方程只适用于整个水流都是渐变流的情况。 （）35、平坡渠道中不可能发生均匀流。 ()36、当明渠均匀流水深大于临界水深，该水流一定是急流。 （）37、水跃只能发生于平底明渠中。 ()二、单项选择题(填写唯一正确答案的编号)1、 作用水头相同时，孔口的过流量要比相同直径的管咀过流量 （2） (1)大 ; (2)小 ； (3)相同 ； (4)无法确定 。2、根据静水压强的特性，静止液体中同一点各方向的压强 （1） (1) 数值相等; (2) 数值不等;(3) 仅水平方向数值相等;(4) 铅直方向数值最大 。3、已知水流的沿程水力摩擦系数l 只与边界粗糙度有关，可判断该水流属于 （4）(1) 层流区 ； (2) 紊流光滑区 ；(3) 紊流过渡粗糙区 ； (4) 紊流粗糙区 。4、液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为 （2）（1）1 kN/m2 （2）2 kN/m2 （3）5 kN/m2 （4）10 kN/m25、紊流的断面流速分布规律符合 （1） (1)对数分布； (2)直线分布； (3)抛物线分布； (4)椭圆分布。6、长管的总水头线与测压管水头线 （1）（1）相重合； （2）相平行，呈直线；（3）相平行，呈阶梯状； （4）以上答案都不对。7、渗流的达西公式只能适用于 （1） (1) 恒定均匀层流 (2) 恒定均匀紊流 (3)恒定均匀流； (4)非恒定流 。8、液流的沿程水力摩擦系数与边壁粗糙度和雷诺数都有关，即可判断该液流属 （3）(1) 层流区 ； (2) 紊流光滑区 ；(3) 紊流过渡粗糙区 ； (4 ) 紊流粗糙区 。9、堰流的流量与堰顶水头的( 2 )成正比。 (1) 1/2次； (2) 3/2次方； (3) 2次方； (4) 1次方 。10、溢流坝下泄水流收缩断面水深 hc0 的跃后水深为 hc02 ，形成远离水跃衔接的条件是 （3）(1) ht = hc02 (2) ht hc02 (3) ht r1 ，则 A、B 两测压管中的液面必为 (2)(1) B 管高于 A 管； (2) A 管高于 B 管； (3) AB 两管同高。22、紊流的断面流速分布规律符合 （1） ( 1 ) 对数分布 ； ( 2 ) 椭圆分布 ； ( 3 ) 抛物线分布 ； ( 4 ) 直线分布 。 23平底棱柱形明渠发生水跃，其水跃函数 J (h1)与 J (h2)的关系是 （1）( 1 ) J(h1)= J(h2) ( 2 ) J(h1)J(h2) ( 3 ) J(h1) pb (2) pa pb (3) pa = pb (4) 无法确定 25、层流断面流速分布规律符合 （3）( 1 ) 对数分布 ； ( 2 ) 直线分布 ；( 3 ) 抛物线分布 ； ( 4 ) 椭圆分布 。26、佛汝德数Fr是判别下列哪种流态的重要的无量纲数 （1）( 1 ) 急流和缓流 ； ( 2 ) 均匀流和非均匀流 ；( 3 ) 层流和紊流； ( 4 ) 恒定流和非恒定流。 27、紊流中粘滞底层厚度 d 比绝对粗糙高度 D 大得多的壁面称为 （1）（1）光滑面 ( 2 ) 过渡粗糙面 （3）粗糙面 （4）以上答案均不对三、填空题(在空格中填写正确答案)1、水力模型的重力相似准则是 模型与原型的佛汝德数相同 。 2、明渠的断面和流量不变时，水跃的跃前水深越大，则跃后水深越 小 。3、底流式消能工的主要形式有降低护坦、修建消能坎、综合式消能池3种形式。 4测量明槽流量的主要工具有_堰_ 、_量水槽_ 。 5、根据管道计算方法的不同，管道可分类为 长管 和 短管 。6、渗流的达西公式是_v=kJ_。7、测量管道流量的主要仪器有文丘里流量计、涡轮流量计。8、 计算明渠均匀流的公式是。9、根据管道中水击波传播时间与阀门关闭时间的对比关系，水击可分类为 （1） 直接水击 和 （2） 间接水击 。10、底流式消力池中产生的水跃，要求是_微淹没_形式的水跃消能率高且稳定。11、按重力相似准则设计的模型中，几何比尺为64，则流速比尺为 8 。12、牛顿内摩擦定律适用条件是 牛顿流体 ，层流运动 13、理想液体与实际液体的主要区别是_是否存在液体的拈滞性_14、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。15、水跃是水流从_急_流过渡到 缓 流的局部水力现象；当流量一定，跃前水深增大时，则跃后水深是 减小 。16、三种液体盛有容器中，如图所示的四条水平面，其中为等压面的是 BB 四、问答题 1什么是液体的可压缩性？什么情况下需要考虑液体的可压缩性？解：可压缩性是：当外界的压强发生变化时液体的体积也随之发生改变的特性。液体可压缩性一般情况下可以不必考虑，但是当外界压强变化较大，如发生水击现象时必须予以考虑。2有人说“均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？解：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。3什么是相对压强和绝对压强？ 4。写出水力半径R的表达式。 5、请分别叙说明渠均匀流水深和临界水深的含义和区别。6、明渠的底坡可以分为哪些类型？7、如何用临界水深hk与渠道内的水深h 来判别明渠水流的流态？8、根据边界条件的不同，水头损失可以分为哪两类？9、试叙述判断明渠水流流态有哪些方法。10明渠均匀流产生的条件是什么？ 五、作图题(在题图上绘出正确答案)2、定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。 v0=0测 压 管 水 头 线总 水 头 线v0=05、定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线向。 v0=0v0=0测压管水头总水头线v0=0v0=06、绘出图中的受压曲面AB上水平分力的压强分布图和垂直分力的压力体图。 六、根据题目要求解答下列各题 HROABR1、图示圆弧形闸门AB(1/4圆), A点以上的水深H1.2m，闸门宽B=4m，圆弧形闸门半径R=1m，水面均为大气压强。确定圆弧形闸门AB上作用的静水总压力及作用方向。解：水平分力 Px=pcAx=74.48kN 铅垂分力 Py=V=85.65kN,静水总压力 P2= Px2+ Py2,P=113.50kN,tana= Py/Px=1.15 a=49合力作用线通过圆弧形闸门的圆心。 2、图示一跨河倒虹吸圆管，管径d0.8m，长 l=50 m，两个 30。折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为 1=0.2，2=0.5，3=1.0，沿程水头损失系数=0.024，上下游水位差 H=3m。若上下游流速水头忽略不计，求通过倒虹吸管的流量Q 。 解： 按短管计算，取下游水面为基准面，对上下游渠道内的计算断面建立能量方程 计算圆管道断面的水力半径和局部水头损失系数 将参数代入上式计算，可以求解得到 即倒虹吸管内通过的流量为2.091m3/s 。 3、d1v1某水平管路直径d1=7.5cm，末端连接一渐缩喷嘴通大气(如题图)，喷嘴出口直径d2=2.0cm。用压力表测得管路与喷嘴接头处的压强p=49kN/m2，管路内流速v1=0.706m/s。求水流对喷嘴的水平作用力F (可取动量校正系数为1) 解：列喷嘴进口断面11和喷嘴出口断面22的连续方程：P1x2211得喷嘴流量和出口流速为： R 对于喷嘴建立x方向的动量方程 N 水流对喷嘴冲击力:F与R, 等值反向。 4、有一矩形断面混凝土渡槽，糙率n=0.014，底宽b1.5m，槽长L120m。进口处槽底高程Z1=52.16m，出口槽底高程Z252.04m，当槽中均匀流水深h0=1.7m时，试求渡槽底坡i和通过的流量Q。 解： i=（Z1-Z2）/L =0.001 m2 m m v=C(Ri)0.51.46m/sQ= vA=3.72m3/s。（1）什么是理想液体？为什么要引入理想液体的概念？答案：理想液体是指没有粘滞性的液体。实际液体都具有粘滞性，在液体流动时会引起能量损失，给分析液体运动带来很大困难。为了简化液体运动的讨论，我们引入了理想液体的概念，忽略液体的粘滞性，分析其运动规律，然后再考虑粘滞性影响进行修正，可以得到实际水流的运动规律，用以解决实际工程问题。这是水力学重要的研究方法。（2）“均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？答案：这种说法错误的。均匀是相对于空间分布而言，恒定是相对于时间而言。当流量不变通过一变直径管道时，虽然是恒定流，但它不是均匀流。（3）简述尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数的变化规律。答案：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， ）；粗糙区=f3（ ），紊流粗糙区又称为阻力平方区。（4）为什么舍齐公式 只适用于阻力平方区？答案：舍齐公式是根据明渠均匀流的大量观察资料总结的公式，自然界中明渠水流几乎都处于紊流阻力平方区，因此该公式只适用于紊流阻力平方区。（5）流动相似的含义是什么？答案：流动相似包括几何相似、运动相似和动力相似。其中几何相似是前提，动力相似是保证，才能实现流动相似。（6）从力学意义上解释明渠均匀流只能在正坡渠道中产生的原因。答案：均匀流的断面平均流速水头和压强水头沿程不变，但水流运动总要消耗能量，因此从能量方程来分析，只能消耗位能来克服水流阻力。所以均匀流只能产生在正坡渠道中。（7）分析水面曲线时，如何寻找急流和缓流的控制断面？答案：急流的控制断面在上游，因为外界对急流的干扰不能向上游传播；缓流的控制断面在下游，其原因与急流正好相反。（8）在渗流计算中达西定律与杜比公式有何区别？答案：达西定律适用于任一点的渗流流速u=kJ，其适用于恒定均匀层流渗流；而杜比公式是适用于恒定非均匀渐变层流渗流，同一过水断面上各点的渗流流速都相等且等于v= kJ。5、作图题：（1） 定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。 (5分)v0=0测 压 管 水 头 线总 水 头 线v0=0解：（2）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) (5分)解：6、计算题：（1） 图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积为 A=0.64 m2，长 l =50 m，两个 30。折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为1=0.2，2=0.5，3=1.0，沿程水力摩擦系数=0.024，上下游水位差 H=3m。求通过的流量 Q ? （ 10分） 解： 按短管计算，取下游水面为基准面，对上下游渠道内的计算断面建立能量方程 (5分) 计算方形管道断面的水力半径和局部水头损失系数 将参数代入上式计算，可以求解得到 (5分) 即倒虹吸管内通过的流量为2.662m3/s 。 （2） 从水箱接一橡胶管道及喷嘴(如图)。橡胶管直径D=7.5cm，喷嘴出口直径d=2.0cm。水头H =5.5 m。由水箱至喷嘴的水头损失hw = 0.5m。用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强p = 4.9N/cm2。如用手握住喷嘴，需要多大的水平力R，行近流速v0=0，取动能校正系数和动量校正系数均为1。 （15分） 解：以过喷嘴中心的水平面为基准面，列水箱渐变流断面11和喷嘴出口断面22的能量方程 (5分)求得喷嘴出口流速和流量为 (1.5分) 橡胶管道内的流速为 (1分)对于喷嘴建立x方向的动量方程 N (6.5分) 水流对喷嘴冲击力为 即为手握喷嘴所需之力。 (1分) （3） 有一梯形渠道，底宽 b =10 m，水深 h = 3 m，边坡为 1:1，糙率 n = 0.014，底坡i=0.001。如流动在紊流粗糙区 ，求通过的流量Q。 (9分)解：计算渠道断面水力要素，过流断面面积 m2 (1.5分) 湿周 m (1.5分) 水力半径 m (1分) 舍齐系数 (2分) 通过的流量 Q = AC (R i)0.5 = 144.93 m3/s (3分)（4）某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。已知渠宽B18m，流量Q265m3/s，坝下收缩断面处水深hc=1.1m，当坝下游水深ht=4.7m时，问： ( 12分)1）坝下游是否发生水跃？ （4分）2）如发生水跃，属于何种形式的水跃？ （4分）3) 是否需要修建消能工？若需要修建消能工，估算消力池深。 （4分） 解：1)计算临界水深hk，判断收缩断面和下游水流流态， q = Q/B =265/18 =14.72 m3/sm m因为收缩断面水深 hc =1.1 m hk 为缓流，所以溢流坝下游必定发生水跃。2）计算收缩断面处水深hc的共軛水深hchc 5.81m因为 hc ht ，该水跃为远驱水跃。3）溢流坝下游发生远驱水跃，需要修建消力池。估算消力池深d，取水跃淹没系数 sj 1.05则池深约为 d = sj hc- ht =1.0535.81 4.7 = 1.40 m12、某溢流坝下收缩断面处水深hc=1.1m，已知单宽流量q14.72m2/s，当坝下游水深ht=4.7m时，1）求对应收缩断面处水深hc的跃后水深hc2 2）坝下游发生何种形式的水跃？是否需要修建消能工？ 解：1)计算临界水深hk，判断收缩断面和下游水流流态， m因为收缩断面水深 hc =1.1 m hk 为缓流，所以溢流坝下游必定发生水跃。2）计算收缩断面处水深hc的共軛水深hc2hc2 5.81m因为 hc2 ht ，该水跃为远驱水跃。3）溢流坝下游发生远驱水跃，需要修建消力池。13