水力学-第八章 明渠非均匀流
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形考任务1一、单选题(共5题,每题8分,共40分)题目1连续介质假定认为流体()连续。
选择一项:A. 在宏观上B. 原子间C. 分子间D. 在微观上题目2在国际单位制中水力学基本量纲不包括()。
选择一项:A. 力B. 长度C. 质量D. 时间题目3牛顿内摩擦定律适用于()。
选择一项:A. 牛顿流体B. 非牛顿流体C. 任何流体D. 理想流体题目4液体不具有的性质是()。
选择一项:A. 抗拉性B. 易流动性C. 黏滞性D. 压缩性题目5下述哪些力属于质量力()。
选择一项:A. 表面张力B. 粘性力C. 弹性力D. 惯性力二、多选题(共1题,每题1分,共15分)题目6在水利水电工程中经常遇到的水力学问题主要有()。
选择一项或多项:A. 特殊水力学问题B. 确定水流能量的利用和消耗C. 分析水流运动形态D. 确定水力荷载、计算过流能力三、判断题(共5题,每题6分,共30分)题目7理想流体与实际流体的区别仅在于,理想流体具有不可压缩性。
()选择一项:对错题目8水动力学是研究液体在静止或平衡状态下,作用在液体上各种力的平衡关系。
()选择一项:对错题目9压强和切应力属表面力。
()选择一项:对错题目10流体惯性力与加速度方向相同。
()选择一项:对错题目11黏滞性可以制止流体流动。
()选择一项:对错四、计算选择题(共1题,每题15分,共15分)题目12如图所示,面积为0.5m2的平板在水面上以速度u=1m/s沿水平方向运动,水层厚度δ=2mm,假设水层内的流速呈直线分布,水温为10oC。
土木工程师-专业基础(水利水电)-水力学-明渠恒定非均匀流动[单选题]1.有一河道泄流时,流量Q=120m3/s,过水断面为矩形断面,其宽度b=60m,流速v=5m/s,河道水流的(江南博哥)流动类型为()。
[2016年真题]A.缓流B.急流C.临界流D.不能确定正确答案:B参考解析:解法一:比较河流水深(h)与临界水深(hc)的关系。
根据题意有:h=Q/(vb)=120/(5×60)=0.4m由于hc>h,因此判断河道的流动类型为急流。
解法二:计算弗劳德数,因因此判断河道的流动类型为急流。
[单选题]2.满足dEs/dh=0条件下的流动是()。
[2013年真题]A.缓流B.急流C.临界流D.均匀流正确答案:C参考解析:h表示水深,Es表示断面单位能量,dEs/dh>0时,断面单位能量随水深增加而增加;dEs/dh<0时,断面单位能量随水深增加而减小;dEs/dh=0为断面比能最小的临界情况,此时弗劳德数Fr=1,水流为临界流。
[单选题]3.下列哪种情况可能发生?()[2017年真题]A.平坡上的均匀缓流B.缓坡上的均匀缓流C.陡坡上的均匀缓流D.临界坡上的均匀缓流正确答案:B参考解析:A项,明渠均匀流只能发生在正坡渠道中,即i>0;平坡(i=0)不能产生均匀流。
正坡渠道中,按渠道的实际底坡i与临界底坡ic相比又分三种情况:①i<ic为缓坡,此时,h0>hc,均匀流是缓流;②i>ic为陡坡或称急坡,此时h0<hc,均匀流是急流;③i=ic,为临界坡,此时h0=hc,均匀流是临界流。
平坡和逆坡不可能发生均匀流;临界坡上的均匀流为临界流;当i<iK时,可发生均匀流态为缓流,底坡为缓坡的情况。
[单选题]4.水跃跃前水深h′和跃后水深h″之间的关系为()。
[2014年真题]A.h′越大则h″越大B.h′越小则h″越小C.h′越大则h″越小D.无法确定正确答案:C参考解析:水跃是明渠水流从急流状态(水深小于临界水深)过渡到缓流状态(水深大于临界水深)时,水面骤然跃起的局部水流现象。
明渠恒定均匀流和非均匀流概述1.1 明渠的分类由于过水断面形状、尺寸与底坡的变化对明渠水流运动有重要影响,因此在水力学中把明渠分为以下类型。
(1) 棱柱形渠道和非棱柱形渠道凡是断面形状及尺寸沿程不变的长直渠道,称为棱柱形渠道,否则为非棱柱形渠道。
前者的过水断面面积A 仅随水深h 变化,即A =f (h );后者的过水断面面积不仅随水深变化,而且还随着各断面的沿程位置而变化。
(2) 顺坡(正坡)、平坡和逆坡(负坡)渠道明渠渠底线(即渠底与纵剖面的交线)上单位长度的渠底高程差,称为明渠的底坡,用i 表示。
图4-1如图4-1(a),1-1和2-2两断面间,渠底线长度为Δs ,该两断面间渠底高程差为(a 1-a 2)=Δa ,渠底线与水平线的夹角为θ,则底坡i 为θsin 21=∆∆=∆-=sa s a a i (4-1) 当渠底坡较小时,例如θ<6°时,可近似认为Δs ≈Δl ,则式(4-1)变为 θtan =∆∆≈∆∆=la s a i (4-2) 所以,在上述情况下,过水断面可以看作铅垂平面,水深h 可沿铅垂线方向量取。
明渠底坡可能有三种情况(如图4-2)。
渠底高程沿流程下降的,称为顺坡 (或正坡),规定i >0;渠底高程沿流程保持水平的,称为平坡,i =0;渠底高程沿流程上升的,称为逆坡 (或负坡),规定i <0。
明渠的横断面可以有各种各样的形状。
天然河道的横断面,通常为不规则断面。
人工渠道的横断面,可以根据要求,采用梯形、圆形、矩形等各种规则断面。
图4-21.2 明渠均匀流的特征和形成条件1.2.1明渠均匀流的特征明渠均匀流有下列特性:(1) 过水断面的形状和尺寸、流速分布、水深,沿流程都不变;(2) 总水头线、测压管水头线(在明渠水流中,就是水面线)和渠底线三者为相互平行的直线(图4-1a),因而它们的坡度相等,即J=J p=i(4-3)1.2.2明渠均匀流的形成条件对明渠恒定均匀流,图4-1(b),取1-1、2-2断面之间的水体作为研究对象,分析这块水体上的受力,并沿流向写动力平衡方程为P1-P2+G sinθ-T=0式中P1和P2为1-1和2-2过水断面的动水压力,G为Δs流段水体重量,T为边壁(包括岸壁和渠底)阻力。
水力学复习题一、判断题1、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。
()2、小流量时三角形薄壁堰比矩形薄壁堰流量的精度高些。
()3、明渠非均匀流特点是明渠的底坡线、水面线、总水头线彼此不平行,水深沿程变化。
()4、谢才公式既适用于有压管流,也适用于无压明槽流。
()5、层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。
()6、串联长管道各管段的水头损失可能相等,也可能不相等。
()7、有压长管道是认为水头全部消耗在沿程水头损失上。
()8、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。
()9、区别薄壁堰、实用堰和宽顶堰,只取决于堰壁厚度δ。
()10、在连续介质假设的条件下,液体中各种物理量的变化是连续的。
()11、管壁光滑的管子一定是水力光滑管。
()12、恒定流时,迹线与流线重合。
()13、静止水体中,某点的真空压强为50kPa,则该点相对压强为-50 kPa。
()14、平面静水总压力的压力中心就是受力面面积的形心。
()15、紊流中由于液体质点相互混掺,互相碰撞,因而产生了液体内部各质点间的动量传递,造成断面流速分布的均匀化。
()16、静压强大小与受压面方位无关。
()17、短管在自由出流时的流量系数等于在淹没出流时的流量系数。
()18、扩散管道中的水流一定是非恒定流。
()19、水流总是从单位机械能大的断面流向单位机械能小的断面。
()20、水力坡度就是单位长度流程上的水头损失。
()21、圆管中层流的雷诺数必然大于3000。
()22、只要下游水位超过宽顶堰堰顶,一定是淹没出流。
()23、当1<Fr1<1.7时,水跃为波状水跃,表面没有旋滚存在,故消能效果差。
称有表面旋滚的水跃为完全水跃。
()24、切应力与剪切变形速率成线性关系的流体是牛顿流体。
()二、单项选择题1、静止液体中同一点各方向的压强()。
A.仅水平方向数值相等;B.数值不等;C.数值相等;D.铅直方向数值最大。
明渠非均匀流计算公式
明渠非均匀流是指在明渠水流中,由于底坡、流量、水深等因素的变化,导致流速分布不均匀,水力要素(如水深、流速、压强等)沿程发生变化的流动。
这种流动状态在水力学中是很常见的,特别是在天然河流和人工渠道中。
明渠非均匀流的计算公式主要是用来描述这种流动的水力要素沿流程的变化规律。
这些公式通常基于水力学的基本原理,如伯努利方程、连续性方程等,并结合明渠的具体条件进行推导。
下面给出两个明渠非均匀流的计算公式示例:
1.水深沿程变化公式:
2.当明渠中的水流受到阻力作用时,水深会沿流程减小。
这个变化可以用以
下公式描述:
3.$\frac{dh}{dx} = -\frac{Q}{A}\left(\frac{1}{\sqrt{1+S^2}} +
\frac{f}{1+S}\right)$
4.其中,$h$ 是水深,$Q$ 是流量,$A$ 是过水面积,$S$ 是底坡,$f$ 是
阻力系数。
这个公式可以帮助我们了解水流的水深如何随着流程而变化。
5.断面平均流速公式:
6.在明渠非均匀流中,断面平均流速是重要的水力要素。
这个量可以用以下
公式计算:
7.$\bar{v} = \sqrt{\frac{Q}{\pi r^2 h}}$
8.其中,$\bar{v}$ 是断面平均流速,$r$ 是水力半径(即过水面积与湿周之
比),$h$ 是水深。
这个公式可以帮助我们了解水流的速度是如何分布的。
以上两个公式只是明渠非均匀流计算中的一部分,实际上还有许多其他的公式和模型可以用来描述这种流动。
这些公式和模型的选择取决于具体问题的条件和要求。