第五章习题及答案
一、选择
问题1：薄壁小孔淹没出流时，其流量与有关。
A.上游行进水头；
B.下游水头；
C.孔口上、下游水面差；
D.孔口壁厚。
问题2：如图所示，孔1为大孔，孔2为小孔，则其过流量Q1和Q2的关系式为：图(A)：Q1>Q2；图(B)：Q1 >Q2。
问题3：孔口、管嘴若作用水头和直径d相同时，下列那些是正确的：
A.Q孔 B.Q孔 C.Q孔>Q嘴，u孔>u嘴； D.Q孔>Q嘴，u孔 二、计算 题1:某水池壁厚d=20cm，两侧壁上各有一直径d=60mm的圆孔，水池的来水量=30 l/s，通过该两孔流出；为了调节两孔的出流量，池内设有隔板，隔板上开与池壁孔径相等的圆孔。求池内水位恒定情况下，池壁两孔的出流量各为多少？ 图5-10 题2 : 图示水箱孔口出流，已知压力箱上压力表读数p=0.5at，玻璃管内水位恒定h1=2m，孔口直径d1=40mm；敞口容器底部孔口直径d2=30mm，h =1m 。求h2及流量Q。 3 图5-11 三、问答 1：请写出图7-5中两个孔口Q1和Q2的流量关系式（A1=A2)。图1：Q1< Q2；图2：Q1=Q2。 图1 图2 图6-12 2：为什么不完善收缩、不完全收缩的流量系数较完善收缩、完全收缩的流量系数大？ 答：因为不完善收缩、不完全收缩的收缩系数较完善收缩、完全收缩的流量系数大 3.什么是小孔口、大孔口？各有什么特点？ 0.1时，需考虑在孔口射流断面上各点的水头、压强、速度沿孔口高度的变化，这时的孔口称为大孔口。小孔口（small orifice ）：当孔口直径d（或高度e）与孔口形心以上的水头高度H的比值小于0.1，即d/H大孔口（big orifice）：当孔口直径d（或高度e）与孔口形心以上的水头高H的比值大于0.1，即d/H>0.1时，需考虑在孔口射流断面上各点的水头、压强、速度沿孔口高度的变化，这时的孔口称为大孔口。小孔口（small orifice ）：当孔口直径d（或高度e）与孔口形心以上的水头高度H的比值小于0.1，即d/H<0.1时，可认为孔口射流断面上的各点流速相等，且各点水头亦相等，这时的孔口称为小孔口。 4.小孔口自由出流与淹没出流的流量计算公式有何不同？ 二者在形式上完全相同，如动能修正系数与淹没出流中突然扩大局部阻力系数都取1.0时，则二者的流量系数也相同。区别在于作用水头不同，自由出流为孔口形心以上水面的高度，而淹没出流取决于上下游液面高差。 5.水位恒定的上、下游水箱，如图7-1，箱内水深为H和h。三个直径相等的薄壁孔口1,2,3位于隔板上的不同位置，均为完全收缩。问：三孔口的流量是否相等？为什么？若下游水箱无水，情况又如何？ 题6-13图 1=2，3不等；三孔不等 4.圆柱形外管嘴正常工作的条件是什么？为什么必须要有这两个限制条件？ （1） Ho≤9m 。因为真空度正比于作用水头pv/ρg=0.75Ho，真空度过大， 会引起气穴现象，还可能使管嘴外的大气反吸入管嘴而破坏真空。所以一般限制pv/ρg≤7m ，故Ho≤9m 。 （2）管嘴长度l=(3~4)d。管嘴过长，沿程损失不能忽略；管嘴过短，则未来得及在出口断面形成满管流。 5.是否可用小孔口的流量计算公式来估算大孔口的出流流量？为什么？ 可以。因为用小孔口流量公式计算得出的流量比用大孔口出流流量公式得出的流量大1%~0.3%，误差不大。 2.12 密闭容器，测压管液面高于容器内液面h =1.8m ，液体的密度为850kg/m 3，求液面压 强。 解：08509.807 1.8a a p p gh p ρ=+=+?? 相对压强为：15.00kPa 。 绝对压强为：116.33kPa 。 答：液面相对压强为15.00kPa ，绝对压强为116.33kPa 。 2.13 密闭容器，压力表的示值为4900N/m 2，压力表中心比A 点高0.4m ，A 点在水下1.5m ，， 求水面压强。 解：0 1.1a p p p g ρ=+- 4900 1.110009.807a p =+-?? 5.888a p =-（kPa ） 相对压强为： 5.888-kPa 。 绝对压强为：95.437kPa 。 答：水面相对压强为 5.888-kPa ，绝对压强为95.437kPa 。 解：（1）总压力：433353.052Z P A p g ρ=?=??=（kN ） （2）支反力：()111333R W W W W g ρ==+=+??+??总水箱箱 980728274.596W =+?=箱kN W +箱 不同之原因：总压力位底面水压力与面积的乘积，为压力体g ρ?。而支座反力与水体 重量及箱体重力相平衡，而水体重量为水的实际体积g ρ?。 答：水箱底面上总压力是353.052kN ，4个支座的支座反力是274.596kN 。 2.14 盛满水的容器，顶口装有活塞A ，直径d =0.4m ，容器底的直径D =1.0m ，高h =1.8m ， 如活塞上加力2520N （包括活塞自重），求容器底的压强和总压力。 解：（1）写出自由涡的流速分布 r C r /,0==θμμ 将m r r 3.00==处流速值u(0r )=2m/s 带入上式，得常数C=0.9，有 r /6.0=θμ 在弯道内侧，;/3,2.011s m m r r ===θμ在弯道外侧，s m m r r /5.1,4.022===θμ。依据同心圆弯道的压强微分式，有dr r dp 2 θμρ= 由1r r =和2r r =积分该式，得 ??? ? ??-==??222123 2 11 22 1 2 1 r r dr r dp r r r r θθρμμρ 故弯管内、外壁之压差为 pa pa p p 33754.012.01210006.022212=?? ? ??-??=- （2）压强水头差 m m g p p 344.01000 8.9337512=?=-ρ 流速水头差 m m g 344.08 .9235.122 221 22=?-=-θθμμ 可见，压强水头差等于流速水头差，故总机械能在弯道内、外壁处相等。 第五章 层流、紊流及其能量损失 5-1（1）某水管的直径d=100mm,通过流量Q=4L/s,水温T=20C 0;(2)条件与以上相同，但水管中流过的是重燃油，其运动粘度s m /1015026-?=ν。试判断以上两种情况下的流态。 解：（1）20005042510 01.11.0004 .0444Re 62>=????====-πνππνd Q v d Qd Vd 流动为紊流流态。 （2）20005.339101501.0004 .044Re 6 <=????===-πνπνd Q Vd 流动为层流流态。 水力学试题带答案 水力学模拟试题及答案 1、选择题：（每小题2分） （1）在水力学中，单位质量力是指（） 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。 答案：c （2）在平衡液体中，质量力与等压面（） a、重合； b、平行 c、相交； d、正交。 答案：d （3）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为 a、1 kN/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m2 答案：b （4）水力学中的一维流动是指（） 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。 答案：d （5）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=（） a、8； b、4； c、2； d、1。 答案：b （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 a、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流粗糙区 答案：c （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 a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m 答案：c （8）在明渠中不可以发生的流动是（） 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。 答案：c （9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（）。 a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。 答案：b （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 a、缓流； b、急流； c、临界流； 工程水文水力学思考题和计算题 一、思考问答 1、水文现象是一种自然现象，它具有什么特性，各用什么方法研究？ 答：1）成因分析法: 根据水文变化的成因规律，由其影响因素预报、预测水文情势的方法。如降雨径流预报法、河流洪水演算法等。 2）数理统计法：根据水文现象的统计规律，对水文观测资料统计分析，进行水文情势预测、预报的方法。如设计年径流计算、设计洪水计算、地区经验公式等。 水文计算常常是二种方法综合使用，相辅相成，例如由暴雨资料推求设计洪水，就是先由数理统计法求设计暴雨，再按成因分析法将设计暴雨转化为设计洪水。此外，当没有水文资料时，可以根据水文现象的变化在地区分布上呈现的一定规律（水文现象在各流域、各地区的分布规律）来研究短缺和无资料地区的水文特征值。 2、何谓水量平衡？试叙闭合流域水量平衡方程在实际工作中的应用和意义。 答：对任一地区、任一时段进入的水量与输出的水量之差，必等于其蓄水量的变化量，这就是水量平衡原理，是水文计算中始终要遵循的一项基本原理。 依此，可得任一地区、任一时段的水量平衡方程。对一闭合流域：设P 为某一特定时段的降雨量，E 为该时段内的蒸发量，R 为该时段该流域的径流量，则有：P=R+EC+△U △U为该时段流域内的蓄水量，△U=U1+U 2。 对于多年平均情况，△U ＝0，则闭合流域多年平均水量平衡方程变为：影响水资源的因素十分复杂，水资源的许多有关问题，难于由有关的成因因素直接计算求解，而运用水量平衡关系，往往可以使问题得到解决。因此，水量平衡原理在水文分析计算和水资源规划的分析计算中有广泛的应用。如利用水量平衡式可以用已知的水文要素推求另外的未知要素。例如：某闭合流域的多年平均降雨量，多年平均径流深R=420mm，试求多年平均蒸发量。-＝600mm。 第一章 绪论 1-1．20℃的水2.5m 3 ，当温度升至80℃时，其体积增加多少？ [解] 温度变化前后质量守恒，即2211V V ρρ= 又20℃时，水的密度3 1/23.998m kg =ρ 80℃时，水的密度32/83.971m kg =ρ 32 1 125679.2m V V == ∴ρρ 则增加的体积为3 120679.0m V V V =-=? 1-2．当空气温度从0℃增加至20℃时，运动粘度ν增加15%，重度γ减少10%，问此时动力粘度μ增加多少（百分数）？ [解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+==Θ 原原原μρν035.1035.1== 035.0035.1=-=-原 原 原原原μμμμμμΘ 此时动力粘度μ增加了3.5% 1-3．有一矩形断面的宽渠道，其水流速度分布为μρ/)5.0(002.02 y hy g u -=，式中ρ、μ分别为水的密度和动力粘度，h 为水深。试求m h 5.0=时渠底（y =0）处的切应力。 [解] μρ/)(002.0y h g dy du -=Θ )(002.0y h g dy du -==∴ρμ τ 当h =0.5m ，y =0时 )05.0(807.91000002.0-??=τ Pa 807.9= 1-4．一底面积为45×50cm 2，高为1cm 的木块，质量为5kg ，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，木块运动速度u=1m/s ，油层厚1cm ，斜坡角22.620 （见图示），求油的粘度。 [解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力T 平衡时，等速下滑 y u A T mg d d sin μθ== 001 .0145.04.062 .22sin 8.95sin ????= = δθμu A mg s Pa 1047.0?=μ 1-5．已知液体中流速沿y 方向分布如图示三种情况，试根据牛顿内摩擦定律y u d d μ τ=，定性绘出切应力沿y 方向的分布图。 [解] 1-6．为导线表面红绝缘，将导线从充满绝缘涂料的模具中拉过。已知导线直径0.9mm ，长度20mm ，涂料的粘度μ=0.02Pa ．s 。若导线以速率50m/s 拉过模具，试求所需牵拉力。（1.O1N ） [解] 2 53310024.51020108.014.3m dl A ---?=????==πΘ N A h u F R 01.110024.510 05.05002.053=????==∴--μ 1-7．两平行平板相距0.5mm ，其间充满流体，下板固定，上板在2Pa 的压强作用下以0.25m/s 匀速移动， 求该流体的动力粘度。 [解] 根据牛顿内摩擦定律，得 y u u u u y u u y ττ= 0y ττy 0 τττ=0 y 水力学模拟试题及答案 1、选择题：（每小题2分） （1）在水力学中，单位质量力是指（） 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。 答案：c （2）在平衡液体中，质量力与等压面（） a、重合； b、平行 c、相交； d、正交。 答案：d （3）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为 a、1 kN/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m2 答案：b （4）水力学中的一维流动是指（） 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。 答案：d （5）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=（） a、8； b、4； c、2； d、1。 答案：b （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 a、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流粗糙区 答案：c （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 a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m 答案：c （8）在明渠中不可以发生的流动是（） 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。 答案：c （9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（）。 a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。 答案：b （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 a、缓流； b、急流； c、临界流； 水力学作业答案 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 1.1图示为一密闭容器，两侧各装一测压管，右管上端封闭，其中水面高出容器水面3m ，管内液面压强0p 为 78kPa ；左管与大气相通。求： （1）容器内液面压强c p ； （2）左侧管内水面距容器液面高度h 。 解： 0789.83107.4kPa c p p gh ρ=+=+?=右 （2） 107.498 0.959m 9.8 c a p p h g ρ--= == 1.2 盛有同种介质（密度 3A 1132.6kg/m B ρρ==）的两容器，其中心点A 与B 位于同一高程，今用U 形差压计测定A 与B 点之压差（差压计内成油，密度 30867.3kg/m ρ=），A 点还装有一水银测压计。其他有关数据如图题1.2所示。问： （1）A 与B 两点之压差为多少？ （2）A 与B 两点中有无真空存在，其值为多少？ 解：（1） ()011A A e B B e p gh gh p g h h ρρρ--=-+ 3A 1132.6kg/m B ρρ== ()()011132.6867.39.80.2519.99Pa B A A p p gh ρρ-=-=-??= （2）136009.80.041132.69.80.055886.17Pa A Hg A p gh gs ρρ=--=-??-??=- 因此A 点存在真空 15,20,4s cm h cm h cm === 519.995366.18Pa B A p p =+=- 因此B 点也存在真空。 1.3 图示一圆柱形油桶，内装轻油及重油。轻油密度1ρ为3663.26kg/m ，重油密度2ρ为3887.75kg/m ，当两种油重量相等时，求： （1）两种油的深度1h 及2h 为多少？ （2）两测压管内油面将上升至什么高度？ 解：（1）两种油的重量相等，则 1122gh A gh A ρρ=①，其中A 为容器的截面积。 又有125h h +=② 解①②得1 2.86m h =，1 2.14m h =。 （2）轻油测压管在页面处。 11211222 gh gh p h h h g g ρρρρρρ+'= ==+，其中h '为轻油测压管中液面高度；h 为测压管位置距分界面的距离。 ()1112110.747 2.860.72m h h h h ρρ?? '+-=-=-?= ??? 1.4 在盛满水的容器盖上，加上6154N 的载荷G （包括盖重），若盖与容器侧壁完全密合，试求A 、B 、C 、D 各点的相对静水压强（尺寸见图）。 解：461547839.49Pa 3.1411 A B G p p A ?== ==?? 37839.491109.81227.46kPa C D A p p p gh ρ==+=+???= 1.5 今采用三组串联的U 形水银测压计测量高压水管中压强，测压计顶端盛水。当M 点压强等于大气压强时，各支水银面均位于0-0水平面上。今从最末一组测压计右支测得水银面在0-0平面以上的读数为h 。试求M 点得压强。 1 ２ 6 11答案在作业本 2.12 （注:书中求绝对压强）用多管水银测压计测压,图中标高的单位为m,试求 水面的压强0p 。 解： ()04 3.0 1.4p p g ρ=-- ()()5 2.5 1.4 3.0 1.4Hg p g g ρρ=+--- ()()()()2.3 1.2 2.5 1.2 2.5 1.4 3.0 1.4a Hg Hg p g g g g ρρρρ=+---+--- ()()2.3 2.5 1.2 1.4 2.5 3.0 1.2 1.4a Hg p g g ρρ=++---+-- ()()2.3 2.5 1.2 1.413.6 2.5 3.0 1.2 1.4a p g g ρρ=++--?-+--???? 265.00a p =+(k Ｐa ） 答：水面的压强0p 265.00=ｋPa 。 2-1２形平板闸门AB ，一侧挡水，已知长l =2ｍ,宽b ＝1ｍ，形心点水深c h ＝2ｍ，倾角α=?45,闸门上缘A 处设有转轴，忽略闸门自重及门轴摩擦力，试求开启闸门所需拉力T 。 l b α B A T h c 解：（1）解析法。 10009.80721239.228C C P p A h g bl ρ=?=?=????=(kN ） 3 22221222 2.946 122sin sin 4512sin 45sin C C D C C C bl I h y y h y A bl αα=+=+=+=+=?? 2-13矩形闸门高h =３ｍ,宽b =2m ，上游水深1h ＝6m,下游水深2h ＝4.５m ，试求:（1)作用在闸门上的静水总压力；（２)压力中心的位置。 解：（１)图解法。 压强分布如图所示： ∵ ()()12p h h h h g ρ=---???? ()12h h g ρ=- 水力学试题 第一部分选择题(共20分) 一、单项选择题(本大题共10小题，每小题2分，共20分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1.某流体的运动粘度v=3×10-6m2/s,密度ρ=800kg/m3,其动力粘度μ为( ) A.3.75×10-9Pa·s B.2.4×10-3Pa·s C.2.4×105Pa·s D.2.4×109Pa·s 2.图中相互之间可以列总流伯努利方程的断面是 A.1-1断面和2-2断面 B.2-2断面和3-3断面 C.1-1断面和3-3断面 D.3-3断面和4-4断面 3.如图所示，孔板上各孔口的大小形状相同，则各孔口的出流量是( ) A.Q A>Q B B.Q A=Q B C.Q A A. B. C.+ D.+ + 6.在已知通过流量Q、渠道底坡i、边坡系数m及粗糙系数n的条件下，计算梯形断面渠道尺寸的补充条件及设问不能是( ) A.给定水深h，求底宽b B.给定宽深比β，求水深h与底宽b C.给定最大允许流速［v］max，求水底h与底宽b D.给定水力坡度J，求水深与底宽 7.断面单位能量随水深的变化规律是( ) A.存在极大值 B.存在极小值 C.随增加而单调增加 D.随增加而单调减少 8.下列各型水面曲线中，表现为上凸型的水面曲线是( ) A.M3型 B.C3型 C.S3型 D.H3型 9.根据堰顶厚度与堰上水头的比值，堰可分为( ) A.宽顶堰、实用堰和薄壁堰 B.自由溢流堰、淹没溢流堰和侧收缩堰 C.三角堰、梯形堰和矩形堰 D.溢流堰、曲线型实用堰和折线型实用堰 10.速度v、长度l、运动粘度v的无量纲组合是( ) A. B. C. D. 第二部分非选择题(共80分) 二、填空题(本大题共10空，每空1分，共10分) 不写解答过程，将正确的答案写在每小题的空格内。错填或不填均分无。 11.潜体所受浮力的大小与其所在液体的______成正比。 12.恒定流是各空间点上的运动参数都不随______变化的流动。 13.圆管流的临界雷诺数Re c为______。 14.水由孔口直接流入另一水体中，称为______出流。 15.在相同的作用水头作用下，同样口径管嘴的出流量比孔口的出流量______。 16.渠道中的水深h大于临界水深h c时，水流流态为______。 17.水跃函数相等的两个不同水深称为______。 18.自由出流宽顶堰堰上水流流态为______。 19.达西定律适用于______渗流。 20.具有自由液面的水流模型试验，一般选用______准则设计模型。 三、名词解释题(本大题共5小题，每小题2分，共10分) 21.粘性 22.断面平均流速 23.粘性底层 24.短管 25.临界底坡 四、简答题(本大题共4小题，每小题5分，共20分) 26.试述液体静力学的基本方程及其各项的物理意义。 27.如图所示，一倒置U形管，上部为油，其密度ρoil=800kg/m3，用来测定水管中的A点流速u A，若读数△h=200mm，求该点流速μA。 1-1 已知某水流流速分布为10 /172.0y u =，u 的单位为m/s ，y 为距壁面的距离，单位 为m 。（1）求y=0.1、0.5、1.0m 处的流速梯度；（2）若水的运动粘滞系数s cm /1010.02=ν，计算相应的切应力。 解:(1)依题知 10 9072.010910 172.0101 72.0- =-?=∴ =y y dy du y u Θ ①当y=0.1时，s y dy du 1 9.01 .0572 .0)1.0(072.0--=≈?= ②当y=0.5时，1 9.05 .0134.0)5.0(0072.0--=≈?=s dy du y ③当y=1.0时，19.01 .0072.0)0.1(072.0--==?=s dy du y （2）依题知 2 41000101.01000m S N u dy du u ???=?== =-νρτΘ ①当y=0.1时，Pa 41078.5572.000101.0-?≈?=τ ②当y=0.5时，Pa 41035.1134.000101.0-?≈?=τ ③当y=1.0时， Pa 41027.7072.000101.0-?≈?=τ 1-2 已知温度20℃时水的密度3 /2.998m kg =ρ，动力粘滞系数 23/10002.1m s N ??=-μ，求其运动粘滞系数ν？ 解： s m 263 10004.12.99810002.1--?≈?==∴?=ρμνν ρμΘ 1-3 容器盛有液体，求下述不同情况时该液体所受单位质量力？（1）容器静止时；（2）容 器以等加速度g 垂直向上运动；（3）容器以等加速度g 垂直向下运动。 解：（1）依题知 g m mg f f f z y x =-= ==,0 （2）依题知 g g m mg mg f f f z y x 2,0-=--= == (3)依题知 g 0,0=-= ==m mg mg f f f z y x 1-4 根据牛顿摩擦定律，推导动力粘滞系数μ和运动粘滞系数ν的量纲。 1-5 两个平行边壁间距为25mm ，中间为粘滞系数为μ=0.7Pa ·s 的油，有一 第二章水静力学 1、相对压强必为正值。 ( ) 2、图示为一盛水容器。当不计瓶重时, 作用于地面上的力等于水作用于瓶底的总压力。 ( ) 3、静水总压力的压力中心就是受力面面积的形心。 ( ) 4、二向曲面上的静水总压力的作用点就是静水总压力的水平分力与铅直分力的交点。 ( ) 5、一个任意形状的倾斜平面与水面的夹角为α。则该平面上的静水总压力P=ρgy D A sinα。(y D为压力中心D的坐标，ρ为水的密度，A 为斜面面积) （） 6、图示为二块置于不同液体中的矩形平板，它们的宽度b，长度L及倾角α均相等，则二板上的静水总压力作用点在水面以下的深度是相等的。 ( ) 7、作用于两种不同液体接触面上的压力是质量力。 ( ) 8、静水压强仅是由质量力引起的。 ( ) 9、在一盛水容器的侧壁上开有两个小孔A、B，并安装一 U 形水银压差计，如图所示。由于A、B 两点静水压强不等，水银液面一定会显示出?h 的差值。 ( ) 10、物体在水中受到的浮力等于作用于物体表面的静水总压力。 ( ) 11、选择下列正确的等压面: ( ) (1) A ? A (2) B ? B (3) C ? C (4) D ? D 12、压力中心是( ) (1) 淹没面积的中心； (2) 压力体的中心；(3) 总压力的作用点；(4) 受压面的形心。 13、平衡液体中的等压面必为( ) (1) 水平面； (2) 斜平面； (3) 旋转抛物面； (4) 与质量力相正交的面。 14、图示四个容器内的水深均为H，则容器底面静水压强最大的是( ) (1) a ; (2) b ; (3) c ; (4) d 。 15、欧拉液体平衡微分方程 ( ) (1) 只适用于静止液体； (2) 只适用于相对平衡液体； (3) 不适用于理想液体； (4) 理想液体和实际液体均适用。 16、容器中盛有两种不同重度的静止液体，如图所示，作用在容器A B 壁面上的静水压强分布图应 为 ( ) (1) a (2) b (3) c (4) d 17、液体某点的绝对压强为 58 kP a，则该点的相对压强为 ( ) (1) 159.3 kP a； (2) 43.3 kP a； (3) -58 kP a (4) -43.3 kP a。 18、图示的容器a 中盛有重度为ρ1的液体，容器b中盛有密度为ρ1和ρ2的两种液体，则两个容 器中曲面AB 上压力体及压力应为 ( ) (1) 压力体相同，且压力相等； (2) 压力体相同，但压力不相等； (3) 压力体不同，压力不相等； (4) 压力体不同，但压力相等。 2007年 一 ，名词解释： 1．连续介质：流体质点完全充满所占空间，没有间隙存在，其物理性质和运动要素都是连 续分布的介质。 2．流线： 某一确定时刻t ，在流场中一定有这样的曲线存在，使得曲线上各点处的流体质 点的流速都在切线方向，这样的曲线就叫做该时刻t 的流线。 3．长管：在水力计算中，管道沿程阻力远远大于局部阻力，局部阻力可以忽略不计的管道。 4．水跃：明渠水流从急流过渡到缓流状态时，会产生一种水面突然跃起的特殊局部水里现 象，既在较短的渠段内水深从小于临界水深急剧地跃到大于临界水深的现象。 5。渗流模型： 在保持渗流区原有边界条件和渗透流量不变的条件下，把渗流看成是由液体 质点充满全部渗流区的连续总流流动。 二，解答题 1. 温度对流体粘性系数有何影响？原因何在？ 答：温度升高时液体的粘滞系数降低，流动性增加，气体则相反，粘滞系数增大。这是因为液体的粘性主要由分子间的内聚力造成的。温度升高时，分子间的内聚力减小，粘滞系数就要降低。造成气体粘性的主要原因则是气体内部分子的运动，它使得速度不同的相邻气体层之间发生质量和动量的变换。当温度升高时，气体分子运动的速度加大，速度不同的相邻气体层之间的质量交换随之加剧，所以，气体的粘性将增大。 2. 写出总流伯努利方程，解释各项及方程的物理意义。 答：总流伯努利方程为：l h g V P Z g V P Z +++=++222 222 22 111 1αγαγ 其中：Z 表示总流过流断面上某点（所取计算点）单位重量流体的平均位置势能 γP 表示总流过流断面上某点（所取计算点）单位重量流体的平均压强势能。 g V 22 α 表示总流过流断面上某点（所取计算点）单位重量流体的平均动能。 l h 表示总流过流断面上某点（所取计算点）单位重量流体的平均机械能损失，称 为总流水头损失 γ P Z H P += 代表总流过流断面上单位重量流体的平均势能 g V P Z H 22 αγ++= 代表总流过流断面上单位重量流体的平均机械能 3. 长度比尺为40的传播模型实验，测得船速为1.2m/s 时模型受到的波浪阻力为0.03N ， 试求原型船速和原型船舶所受到的波浪阻力（以重力作用为主） 答：根据牛顿一般相似原理：力的比例尺：2222p p p p F m m m m F l v F l v ρλρ== 1 2 6 11答案在作业本 2.12 （注：书中求绝对压强）用多管水银测压计测压，图中标高的单位为m ， 试求水面的压强0p 。 解： ()04 3.0 1.4p p g ρ=-- 265.00a p =+（kPa ） 答：水面的压强0p 265.00=kPa 。 2-12形平板闸门AB ，一侧挡水，已知长l =2m ，宽b =1m ，形心点水深c h =2m ，倾角α=?45，闸门上缘A 处设有转轴，忽略闸门自重及门轴摩擦力，试求开启闸门所需拉力T 。 解：（1）解析法。 10009.80721239.228C C P p A h g bl ρ=?=?=????=（kN ） 2-13矩形闸门高h =3m ，宽b =2m ，上游水深1h =6m ，下游水深2h =4.5m ，试求： （1）作用在闸门上的静水总压力；（2）压力中心的位置。 解：（1）图解法。 压强分布如图所示： ∵ ()()12p h h h h g ρ=---???? 14.71=（kPa ） 14.713288.263P p h b =??=??=（kN ） 合力作用位置：在闸门的几何中心，即距地面(1.5m,)2 b 处。 （2）解析法。 ()()111 1.56 1.5980732264.789P p A g h hb ρ==-?=-???=（kN ） ()120.250.75 4.6674.5 =?+=（m ） ()222 1.539.80732176.526P p A g h hb ρ==-?=???=（kN ） ()22211111130.75 3.253 C C D C C C C I I y y y y A y A ??=+=+=+= ???（m ） 合力：1288.263P P P =-=（kN ） 合力作用位置（对闸门与渠底接触点取矩）： 1.499=（m ） 答：（1）作用在闸门上的静水总压力88.263kN ；（2）压力中心的位置在闸门的 扬州大学试卷（附答案） 水力学试题（B） 班级学号姓名成绩 一、单项选择题（填写唯一正确答案的编号） （本大题共10小题，每小题2分，共20分） 1．液体动力粘滞系数μ的单位是（） A.m2/s B.（N. s）/m2 C.N/m2 D.Pa/s 2．流线与等势线的关系为（） A.平行 B.斜交 C.正交 D.不确定 3．在下列底坡渠道中，不可能发生明渠均匀流的底坡为（） A.平坡 B.缓坡 C.陡坡 D.临界坡 4．两种矩形断面渠道，其过水面积A，糙率n，底坡i均相等，但是底宽b及水深h不同，渠道一b1×h1 = 4m×1m，渠道二b2×h2 = 2m×2m，比较渠道中通过的流量相对大小为（） A.Q1 > Q2 B.Q1 = Q2 C.Q1 < Q2 D.无法确定 5．管道发生水击现象时，其水流类型为（） A.有压、恒定均匀流 B.无压恒定非均匀流 C.有压、恒定非均匀流 D.有压非恒定流 6．水流在等直径管中作恒定流动时，其测压管水头线沿程（） A.下降 B.不变 C.上升 D.可上升，亦可下降 7．串联管道，无支流分出，则各管段的（） A.流量相等 B.切应力相等 C.沿程水头损失相等 D.水力坡度相等 8．粘性底层厚度δ随雷诺数Re的增大而（） A.增大 B.不变 C.减小 D.不定 9．圆管水流中的下临界雷诺数等于（） A.2000 B.1500 C.3000 D.5000 10．宽b = 2m的矩形明渠中，通过的流量Q恒定，水深从h1 = 1m渐变到h2 = 2m，其雷诺数之比Re1 / Re2为（） A.1/2 B.2 C.4/3 D.3/2 二、填空题（在空格中填写正确答案） （本大题共10小题，每小题2分，共20分） 水力学模拟试题库 一、判断题: (20分) 1.液体边界层的厚度总是沿所绕物体的长度减少的。（） 2.只要是平面液流即二元流，流函数都存在。（） 3.在落水的过程中，同一水位情况下，非恒定流的水面坡度比恒 定流时小，因而其流量亦小。（） 4.渗流模型中、过水断面上各点渗流流速的大小都一样，任一点 的渗流流速将与断面平均流速相等。（） 5.正坡明槽的浸润线只有两种形式，且存在于a、c两区。（） 6.平面势流的流函数与流速势函数一样是一个非调和函数。 （） 7.边界层内的液流型态只能是紊流。（） 8.平面势流流网就是流线和等势线正交构成的网状图形。 （） 9.达西公式与杜比公式都表明：在过水断面上各点的惨流流速都与断面平均流速相等。（） 10.在非恒定流情况下，过水断面上的水面坡度、流速、流量水位 的最大值并不在同一时刻出现。（） 二、填空题: (20分) 1.流场中，各运动要素的分析方法常在流场中任取一个微小平行六面体来研究，那么微小平行六面体最普遍的运动形式有：，，，，四种。 2.土的渗透恃性由：，二方面决定。 3.水击类型有：，两类。 4.泄水建筑物下游衔接与消能措施主要有，，三种。 5.构成液体对所绕物体的阻力的两部分是：，。 6.从理论上看，探索液体运动基本规律的两种不同的途径是：，。 7.在明渠恒定渐变流的能量方程式：J= J W+J V +J f 中，J V的物理意义是：。 8.在水力学中，拉普拉斯方程解法最常用的有：，，复变函数法，数值解法等。 9.加大下游水深的工程措施主要有：，使下游形成消能池；，使坎前形成消能池。 三计算题 1(15分).已知液体作平面流动的流场为： u x = y2–x2+2x u y = 2xy–2y 试问：①此流动是否存在流函数ψ，如存在，试求之； ②此流动是否存在速度势φ，如存在，试求之。 2(15分).某分洪闸，底坎为曲线型低堰．泄洪单宽流量q=11m2/s,上下游堰高相等为2米，下游水深h t=3米，堰前较远处液面到堰顶的高度为5米，若取?=0.903，试判断水跃形式，并建议下游衔接的形式。（E0=h c+q2/2g?2h c2） 3(15分).设某河槽剖面地层情况如图示，左岸透水层中有地下水渗入河槽，河槽水深1.0米，在距离河道1000米处的地下水深度为2.5米，当此河槽下游修建水库后，此河槽水位抬高了4米，若离左岸 1000米处的地下水位不变，试问在修建水库后单位长度上渗入流量减少多少? 其中 k=0.002cm/s ； s.i=h2-h1+2.3h0lg[(h2-h0)/( h1-h0)] 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Fr＞1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。(×) 选择题（单选题） 5.1 速度v ，长度l ，重力加速度g 的无量纲集合是：（b ） （a ）lv g ；（b ）v gl ；（c ）l gv ；（d ）2v gl 。 5.2 速度v ，密度ρ，压强p 的无量纲集合是：（d ） （a ）p v ρ；（b ）v p ρ；（c ）2pv ρ；（d ）2p v ρ。 5.3 速度v ，长度l ，时间t 的无量纲集合是：（d ） （a ） v lt ；（b ）t vl ；（c ）2l vt ；（d ）l vt 。 5.4 压强差p V ，密度ρ，长度l ，流量Q 的无量纲集合是：（d ） （a ） 2Q pl ρV ；（b ）2l pQ ρV ；（c ）plQ ρV ；（d 。 5.5 进行水力模型实验，要实现明渠水流的动力相似，应选的相似准则是：（b ） （a ）雷诺准则；（b ）弗劳德准则；（c ）欧拉准则；（d ）其他。 5.6 进行水力模型实验，要实现有压管流的动力相似，应选的相似准则是：（a ） （a ）雷诺准则；（b ）弗劳德准则；（c ）欧拉准则；（d ）其他。 5.7 雷诺数的物理意义表示：（c ） （a ）粘滞力与重力之比；（b ）重力与惯性力之比；（c ）惯性力与粘滞力之比；（d ）压力与粘滞力之比。 5.8 明渠水流模型实验，长度比尺为4，模型流量应为原型流量的：（c ） （a ）1/2；（b ）1/4；（c ）1/8；（d ）1/32。 5.9 压力输水管模型实验，长度比尺为8，模型水管的流量应为原型输水管流量的：（c ） （a ）1/2；（b ）1/4；（c ）1/8；（d ）1/16。 5.10 假设自由落体的下落距离s 与落体的质量m 、重力加速度g 及下落时间t 有关，试用 瑞利法导出自由落体下落距离的关系式。 解： ∵s Km g t α βγ = []s L =；[]m M =；[]2g T L -=；[]t T = ∴有量纲关系：2L M T L T α β βγ-= 可得：0α=；1β=；2γ= ∴2 s Kgt = 《水力学》试卷 班级：姓名：学号：成绩： 一、单项选择题（填写唯一正确答案的编号） （本大题共10小题，每小题2分，共20分） 1.下列物理量中，有量纲的数为（） a)A．佛汝德数Fr B. 沿程阻力系数λ b)C．渗流系数k D. 堰流流量系数m 2.缓坡明渠中的均匀流是（） a)A．缓流 B. 急流 C. 临界流 D. 可以是急流或缓流 3.管流的负压区是指测压管水头线（） A在基准面以下的部分 B. 在下游自由水面以下的部分 C．在管轴线以下的部分 D. 在基准面以上的部分 4.有两条梯形断面渠道1和2，已知其流量、边坡系数、糙率和底坡相同，但底坡i1>i2， 则其均匀流水深h1和h2的关系为（） A．h1>h2 B. h1 Ⅰ思考题： 0.1 质量、重量、密度、容重的定义，密度和容重间存在着什么关系？各物理 量的量纲和量测单位是什么？ 0.2 什么叫做粘滞性？粘滞性对液体运动起什么作用？ 0.3 固体之间的磨擦力与液体之间的内磨擦力有何原则上的区别？何谓牛顿内 磨擦定律，该定律是否适用于任何液体？ 0.4 什么是理想液体？理想液体与实际液体的根本区别何在？ 0.5为什么可以把液体当作“连续介质”？运用这个假设对研究液体运动规律有 何意义？ 0.6 作6作用于液体上的力可以分为哪两类？二者有何区别？试举例说明之。 思考题： 1.1静水压强有哪些特性？静水压强的分布规律是什么？ 1.2 试分析图中压强分布图错在哪里？ 图1.2 1.3 何谓绝对压强，相对压强和真空值？它们的表示方法有哪三种？它们之间 有什么关系？ 1.4 图示一密闭水箱，试分析水平面A－A，B－B，C－C是否皆为等压面？何 谓等压面？等压面的条件有哪些？ 图1.4 1.5一密闭水箱（如图）系用橡皮管从C点连通容器Ⅱ，并在A、B两点各接一 测压管问。 （1）AB两测压管中水位是否相同？如相同时，问AB两点压强是否相等？（2）把容器Ⅱ提高一些后，p0比原来值增大还是减小？两测压管中水位变化如 何？ 图1.5 1.6 什用6什么叫压力体？如何确定压力体的范围和方向？ 思考题： 2.1 “恒定流与非恒定流”，“均匀流与非均匀流”，“渐变流与急变流”等三个 概念是如何定义的？它们之间有么联系？渐变流具有什么重要的性质？ 2.2 图（a）表示一水闸正在提升闸门放水，图（b）表示一水管正在打开阀门 放水，若它们的上游水位均保持不变，问此时的水流是否符合A1V1＝AaVa 的连续方程？为什么？ 水力学试卷(3) 一、填空题（每空1分，共30分） 1.水力学的研究方法包括( )、( ) 、( ) 。 2. 液体的主要物理性质为（）、（）、（）、（）、（）、（）。 3. 水力学研究的两大基本规律：一是关于液体平衡的规律，即（）；二是关于液体运动的规律，即（）。 4.计算平面上静止液体作用力的两种方法是( ) 、( )。 5. 静止液体中压强的表示方法为（）、（）、（）。 6.描述液体运动的两种方法( ) 、( ) 。 7.液体运动的两种型态( )、( )。 8. 实际液体恒定总流的能量方程的适用条件为（）、（）、（）、（）、（）。 9.有压管路中水击分为( ) 、( ) 。 10.堰根据堰顶宽度和堰上水头的比值可分为( ) 、( )、( ) 。 二、名词解释（每个4分，共20分） 1.经济流速 2.断面比能 3.管网总成本 4.水跃 5.渗流系数 三、简答（每题5分，共20分） 1 什么是水力学？（5分） 2 明渠中水流的流动形态和判别方法分别有哪些？（5分） 3.何为有压管路中的水击？水击的类型有哪些？（5分） 4.简述渗流系数及其确定方法？（5分） 四、计算题（共30分） 1. 有一封闭水箱，箱内的水面至基准面高度z＝2m，水面以下A、B两点的位置高度分别为z A ＝1．0m，z B ＝1．2m，液面压强p 0 ＝105kPa(绝对压强)，如图1所示。试求：①A、B两点的绝对压强和相对压强；②A、B两点的测压管水头。（10分） 2.有一沿铅垂直立墙面敷设的弯管（如图2所示），弯头转角为90 O ，起始断面1—1与终止断面2—2间的轴线长度L为4m,两断面中心高差ΔZ为3m，已知1—1断面中心处动水压强p 1 为112.5KP a ，两断面之间水头损失h w 为0.15m，已知管径d为0.25m，试求当管中通过流量Q为0.08m 2 /s时，水流对弯头的作用力。（20分） （图1 ）（图 2 ） 水力学试卷(3)答案 一、填空题（每个1分，共30分） 1. 理论方法、实验方法、量纲分析法 2. 惯性、质量与密度，万有引力与重力，粘滞性与粘滞系数，压缩性及压缩率，表面张力，汽化 3. 水静力学，水动力学 4. 解析法、图解法 5. 绝对压强、相对压强、真空度 6. 拉格朗日法、欧拉法 7. 层流、紊流 8. 恒定流，质量力仅为重力，不可压缩液体，渐变流断面，两断面间无分流和汇流9. 直接水击、间接水击10. 薄壁堰、实用堰、宽顶堰 二、名词解释（每个4分，共20分） 1.经济流速－使给水工程的总成本最低的管网流速。水力学第二章课后习题测验答案
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