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1、1 水力学期末考试复习题及答案 1、选择题:(每小题 2 分) (1)在水力学中,单位质量力是指(c ) a、单位面积液体受到的质量力;b、单位体积液体受到的质量力; c、单位质量液体受到的质量力;d、单位重量液体受到的质量力。 (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)液体中某点的绝对压强为100kN/m2,则该点的相对压强为b a、1 kN/m 2 b、2 kN/m 2 c、5 kN/m 2 d、10 kN/m 2 (4)水力学中的一维流动是指(d ) a、恒定流动;b、均匀流动; c、层流运动;d、运动要素只与一个坐标有关的流动。 (5)有
2、压管道的管径d 与管流水力半径的比值d /R=( b ) a、8;b、4;c、2;d、1。 (6)已知液体流动的沿程水力摩擦系数与 边壁相对粗糙度和雷诺数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 (7)突然完全关闭管道末端的阀门,产生直接水击。已知水击波速c=1000m/s, 水击压强水头 H = 250m,则管道中原来的流速v0为 c a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m (8)在明渠中不可以发生的流动是(c ) a、恒定均匀流;b、恒定非均匀流; c、非恒定均匀流;d、非恒定非均匀流。 (9)在缓
3、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。 (10)底宽 b=1.5m的矩形明渠,通过的流量Q =1.5m3/s,已知渠中某处水深 h = 0.4m,则该处水流的流态为b a、缓流; b、急流;c、临界流; (11)闸孔出流的流量Q 与闸前水头的 H(d )成正比。 a、1 次方b、2 次方c、3/2 次方d、1/2 次方 (12)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。 (13)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 (14)按重力相似准则设计的水力学
4、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; 2 c、1 米,Q =100000;d、10 米,Q=100000。 2、判断题:(每小题 2 分) (1) 任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。( x ) (2) 水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。(x ) (3) 水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。( x ) (4) 粘滞性是液体产生水头损失的内因。(T ) (5) 同样条件下直接水击比间接水击更不安全。(T ) (6) 在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。(X ) (7)
5、矩形断面水力最佳断面的宽深比=2。(T ) (8) 断面比能沿流程总是减小的。(X ) (9)在流量和渠道断面形式一定的条件下,跃前水深越大,跃后水深也越大。 ( X ) (10) 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。( T ) 3、填空题:(每小题 2 4 分) (1) 牛顿内摩擦定律适用的条件是和。 答案:层流运动,牛顿液体 (2) 液 体 中 某 点 的 绝 对 压 强 为100kN/m2, 则 该 点 的 相 对 压 强 为 kN/m 2,真空度为 。 答案:2, 不存在 . (3) 只受重力作用,静止液体中的等压面是。 答案:水平面。 (4) 实际液体在流动时产
6、生水头损失的两个主要原因是, 。 答案:液体存在粘滞性和边界的影响。 (5) 水流在明渠中的流态为缓流时,其水深hhk,弗汝德数 Fr1。 (填写、 符号) 答案:,。 (6) 在流量不变的条件下,水跃的跃前水深越小,则水跃的跃后水深越。 答案:大。 (7) 根据管道水头损失计算方法的不同,管道可以分为和。 答案:短管,长管。 (8) 在水击计算中阀门关闭的时间Ts水击相长 Tr的水击,称为 水击,把 Ts Tr的水击称为水击。 答案:直接,间接。 (9)a2型水面曲线是发生在坡上的流(指急流或缓流) 的水面线,这时弗汝德数Fr 沿程(指增大、减小或不变) 答案:陡坡,缓流, 减小。 (10)
7、 溢流堰的过堰流量与堰顶水头的次方成正比。 3 答案: 3/2 。 (11) 泄水建筑物下游发生远驱水跃时,下游收缩断面水深hc的共轭水深 hc ht(ht为下游河道的水深,填写、 符号) 答案:填写、 符号 (12) 按重力相似准则设计的溢流坝水力模型,长度比尺L=25,当模型中某 点的流速为 v m= o.8m/s,则原型中对应点的流速为vp=m/s 。 答案: 4m/s 。 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) 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
8、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, v0=0 测 压 管 水 头 线 总 水 头 线 v0=0 K K i i3K K i i3 Ki (34) d, mH9 0 ; D. D.l hc02(3) ht 1,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
9、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 14 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 流中粘滞底层厚度比绝对粗糙高度大得多的壁面称为(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
10、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iRACQ。 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_
11、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B B 15 六、根据题目要求解答下列各题 1、图示圆弧形闸门AB(1/4 圆), A 点以上的水深H 1.2m,闸门 宽
12、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= Px 2+ P y 2, P=113.50kN, tan = Py/Px=1.15 =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 。
13、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 g v R l hHw 2 ) 4 ( 2 计算圆管道断面的水力半径和局部水头损失系数 9 .10.15.022.0,m2.04/d A R 将参数代入上式计算,可以求解得到 /sm091.2,m/s16.4 3 vAQv 即倒虹吸管内通过的流量为2.091m 3/s 。 H R O A B R 16 3、 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 m 2,管路内流速 v1=0.706m/s。求 水流对喷嘴的
14、水平作用力F (可取动量校正系数为1) 解: 列喷嘴进口断面1 1和喷嘴出口断面22 的连续方程: 得喷嘴流量和出口流速为: s m 00314.0 3 11A vQ s m 9.9 2 2 A Q v 对于喷嘴建立x 方向的动量方程 )( 1211xx vvQRAp 8.187)( 3233 vvQApRN 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 b 1.5m,槽长 L120m。进口处槽底 高程 Z1=52.16m,出口槽底高程Z252.04 m,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
15、) /L = 0.001 55.2bhAm 2 9. 42hbxm 52.0 x A Rm s/m06.64 1 2 1 6 1 R n C v=C (Ri) 0.51.46m/s Q= vA= 3.72m 3/s。 12、某溢流坝下收缩断面处水深hc=1.1m,已知单宽流量q14.72m 2/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, 81.2 8.9 72.14 3 2 3 2 g q hkm d1 v1 P x 2 2 1 1 R 17 因为收缩断面水深hc =1.1 m hk为急流,下游水深ht=4.7m 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 hc2 hc2 )181( 2 3 2 c c gh qh )1 1. 18 .9 72.14 81( 2 1.1 3 2 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。 34、图示直径为20mm, 长 450m 的管道自水库取水并泄 入大气中,出口比水库水面低13 m,已知沿程水头损失 系数 =0.04,进口局部水头损失系数=0.5,求泄流量 Q 。(按短管计算 ) H ch
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