水力学试卷2及答案

1 / 6 水力学试卷 <2>

一、填空题〔 30分,每空1分〕

1. 液体的主要物理性质为〔 〕、〔 〕、〔 〕、〔 〕、〔 〕、〔 〕。

2. 所谓理想液体就是把水看作绝对〔 〕、〔 〕、〔 〕、〔 〕的连续介质。

3. 作用在液体上的两大力为〔 〕、〔 〕。

4. 现阶段水力学的科学试验主要有三种方式〔 〕、〔 〕、〔 〕。

5. 静止液体中压强的两种计算基准为〔 〕、〔 〕。

6. 描述液体运动的两种方法为〔 〕和〔 〕。

7. 根据下游水深和跃后水深的关系,可将水跃分为〔 〕、〔 〕、〔 〕。

8. 明渠恒定非均匀流的三种流态为〔 〕、〔 〕、〔 〕。

9. 两个流动系统的相似,可以用〔 〕、〔 〕、〔 〕来描述。

10.水流模型的类型包括〔 〕和〔 〕两种。

二、判断〔每空1分,共10分〕

1．要用实际方法解决一个水力学问题,应首先用理论方法确定出各变量之间的关系式,然后进一步通过模型试验确定出问题的完整表达式。〔 〕

2．在水力学上,毕托管用来测流量,而文丘里用来测流速。〔 〕

3．明渠水力最优断面是按流体力学原理定义的,在工程上不一定最优。〔 〕

4．液体运动的两种型态是层流和急流,二者依据下临界雷诺数来判别。〔 〕

5．孔口淹没出流时,孔口淹没越深,其出流的流速和流量就越大。〔 〕

6．单项力相似准则中两个独立的准则包括重力和惯性力为主要作用力时的弗劳德准则和粘性力和惯性力为主要作用力时的雷诺准则。〔 〕

7．测压管水头线〔水面线〕沿程不可能上升。〔 〕

8．明渠均匀流一定是恒定流。〔 〕 2 / 6 9．工程上通常按照堰坎厚度与堰顶水头的比值大小和水流的特征,将堰流分为薄壁堰流、窄深堰流和宽顶堰流。〔 〕

10．渗流系数是反映土壤渗流特性的一个综合指标,它的量纲为 LT －1 。〔 〕

三、简答题〔每题 5分,共20分〕

1．什么是水力学？

2．明渠均匀流的水力特性与产生的条件？

3．何为有压管路中的水击？水击的类型有哪些？

4．何为断面比能？它的表达式与与液体运动的总机械能的区别是什么？

四、计算题〔共 40分〕

1．一封闭水箱〔如图 1 所示〕自由表面上气体压强p 0 =25kN/m 2 ,h 1 =5m,h 2

＝2m。

求 A、B两点的绝对压强、相对压强与真空度。 〔10分〕

2．一弧形闸门 AB<如图2所示>,闸前水深h为2.0m,宽b=5m,圆心角θ＝45°

,半径 r=2.83m,闸门转轴恰与水面齐平。求作用于闸门的静水总压力与

作用力的方向。〔 10分〕

3．有一水平敷设的弯管〔如图3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5.5m,两断面中心高差ΔZ为3.5m,已知1—1断面中心处动水压强p 1 为102.4KP a ,两断面之间水头损失 h w 为0.25m,已知管径d为0.30m,试求当管中通过流量Q为0.12m 3 /s时,水流对弯头的作用力。〔20分〕

4．由水塔供水的输水管为三段铸铁管组成,当n=0.011时,各段流量模数分别为K

1 =1.144m 3 /s, K 2 =0.388m 3 /s,K 3 =0.061m 3 /s,中段为均匀泄流管段〔图4〕。每米长泄出的流量q=0.20L/s已知q 1 =10L/s,Q=20L/s, l 1 =300m,d 1 =300mm; l 2

=150m,d 2 =200mm; l 3 =150m,d 3 =100mm。求需要的水塔高度〔作用水头〕。〔 选作题10分 〕 3 / 6

〔图 1 〕 〔图 2 〕

〔图3 〕 〔图 4 〕

水力学试题〔2〕答案

一、填空题〔 30分〕

1 惯性、质量与密度,万有引力与重力,粘滞性与粘滞系数,压缩性与压缩率,表面张力,汽化

2.不可压缩,不能膨胀,没有粘滞性,没有表面张力

3. 质量力,表面力 4. 原型观测、模型试验、系统试验

5. 绝对压强,相对压强 6.拉格朗日法,欧拉法 7.远驱式水跃,临界式水跃,淹没式水跃 8.缓流,临界流,急流 9. 几何相似,运动相似,动力相似 10.正态模型,变态模型

二、判断〔 10分〕

1.× 2. × 3. √ 4. √ 5. × 6. √ 7.× 8.√ 9. × 10. √

三、简答题〔每题 5分,共20分〕

1．水力学是一门技术科学,是力学的一个分支,也是不少专业、特别是水利类专业的一门重要的专业基础课。它通过研究液体〔主要是水〕的平衡和机械运动规律与其实际应用,获得分析计算能力和实验技能的基本训练,为解决实际工程问题和为科学研究奠定必要的理论基础。 4 / 6 2．水力特性：

①底坡线、水面线、总水头线〔水力坡度线〕三线平行,即

②过流断面面积、水深、断面平均流速与断面流速分布沿程不变。

③水体的重力沿水流方向的分力等于边界对水流的摩阻力。

形成条件：

①必须是恒定流. ②沿程总流量不变,沿程中无流量分出或汇入。

③必须是长直的棱柱型渠道,糙率 不变且底坡 。④沿程中无闸、坝等构筑物的阻挡。

3．当有压管中的流速因某种外界原因而急剧发生变化时,将引起液体内部压强产生迅速交替升降的现象,这种交替升降的压强作用在管壁、阀门或其它管路元件上好像锤击一样,故称为水击。

水击的类型按水击的危害大小分为直接水击和间接水击。

4．以渠底水平面为基准面所计算的过水断面上单位重量液体所具有的总能量。

与液体运动的总机械能的区别是：从表达式上看比总机械能少了一个位置水头；断面比能沿水深可能增加也可能降低,而总机械能沿水深变化总是不断降低。

四、计算题〔共 40分〕

1．解： 由压强基本公式 求解

'= 74 kN/m 2 p A =-24kPa p AK =24kPa

'= 44.6 kN/m 2 p B =-53.4kPa p BK =53.4kPa <10分〕

2．解：①画出压力体图

②计算水平方向分力

P x =ρgh·h·b/2=9800×2.0 2 ×5/2=98kN 铅垂方向分力 5 / 6 P z =ρgΩb Ω=S 扇OAB -S ΔOBD =1.14m 2

P z =9800×1.14×5=55.86KN

③求出合力与作用力的方向

P=

1/2 =112.8KN

设总压力与水平方向的夹角为α

α =arctg

=29 o 41′

因为曲面是圆柱面的一部分,各点压强均垂直于柱面并指向圆心,故总压力也通过圆心 O点,方向也可图示。〔10分〕

3．解： <1>求管中流速：

v=Q/A=4Q/πd 2 =<4×0.12>/<3.14×0.30 2 >=1.7m/s

<2>求2—2断面中心处动水压强p 2

以 2—2断面为基准面,对1—1于2—2断面些能量方程为：

0+p 1 / ρg+αv 2 /2g=0+ p 2 / ρg+αv 2 /2g+h w

将 h w =0.25m, p 1 =102.4KP a 代入上式,可求出：

p 2 =99.95KP a

<3>计算作用于1—1断面于2—2断面上动水总压力为：

F P1 = p 1 πd 2 /4=7.23KN F P2 = p 2 πd 2 /4=7.06KN

<5>对弯头内水流沿X,Y方向分别写动量方程式,受力分析见下面图3所示。

令管壁对水流的反作用力在水平和铅垂方向的分力分别为 F Rx 和F Ry

沿 x方向的动量方程为：

ρ Qβ<0-〔－v〕>= F Rx －F P1 解得： F Rx =7.43KN

沿 y方向的动量方程为：

ρ Q<-βv-O>= F P2 - F Ry 解得：F Ry =7.26KN

管壁对水流的总作用力为： 6 / 6 F R =〔F Rx 2 + F Ry 2 〕 1/2 =10.39KN

令总作用力与水平轴之间的夹角为θ 则：θ =arctg< F Ry / F Rx >=44 o 20′

所以水流对管壁的作用力与 F R 的大小相等,方向相反。〔20分〕

4．解：先计算各管段的流量。

Q 3 =Q=20l/s

Q C =Q+0.55ql 2 =20+0.55×0.2×150=36.5l/s

Q 1 =Q+ ql 2 +q 1 =20+0.2×150+10=60l/s

所需的作用水头为 H

H= 2 l 1 + 2 l 2 + 2 l 3

=<0.060/1.144> 2 ×300 +<0.0365/0.388> 2 ×150+<0.020/0.061> 2 ×150=18.3m

〔选作题 10分〕

〔图 3〕