水力学试题及答案
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1、选择题：（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、斜交；d、正交。
答案：d（3）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（4）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（5）同种液体通过两根相同长度，但粗糙高度不同的等直径长直管道，当雷诺数Re 相同时，它们的水头损失在（）内是相同的。
a、层流；b、层流至紊流过渡区；c、紊流光滑区；d、紊流过渡区；e、紊流粗糙区答案：a、b、c（6）在缓坡明渠中不可能发生的流动是（）a、均匀缓流；b、均匀急流；c、非均匀缓流；d、非均匀急流。
答案：a、c、d（8）渗流研究的对象是（）的运动规律a、重力水；b、毛细水；c、气态水；d、薄膜水。
答案：a2、判断题：（1）任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。
（）答案：错误（2）水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。
（）答案：错误（3）同样条件下直接水击比间接水击更不安全。
（）答案：正确（5）在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。
（）答案：错误（6）矩形断面水力最佳断面的宽深比β=2。
（）答案：正确（7）明槽水流的断面比能沿流程总是减小的。
（ ） 答案：错误（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。
（ ） 答案：错误 3、问答题：（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，在液体流动中引起能量损失，给分析液体运动带来很大困难。
为了简化液体运动的讨论，引入了理想液体的概念，分析其运动规律，再考虑粘滞性加以修正，可以得到实际水流运动规律，这是水力学中重要的研究方法。
（2）简述尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数λ的变化规律。
答案：通过尼古拉兹实验发现：在层流中λ仅是雷诺数Re 的函数并与Re 成反比；在层流到紊流过渡区，λ仅是Re 的函数；在紊流光滑区λ=f 1（Re ），过渡区λ=f 2（Re ， ），粗糙区λ=f 3（ ），紊流粗糙区又称阻力平方区。
（3）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，只能消耗位能克服水流阻力。
所以均匀流只能产生在正坡渠道中。
（4）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 。
4、作图题：定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称及流态。
(各渠段均充分长，各段糙率相同) 。
解：5、计算题：1．图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积 A=0.64 m 2，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ζ1=0.2，ζ2=0.5，ζ3=1.0，沿程水头损失系数λ=0.024，上下游水位差 H =3m 。
求通过的流量Q 。
R ∆R ∆解：H h l R v gw ==+∑()λξ422R Ax===∑0219..m , ξ ∴=== m/s , m /s 3v q vA v 4162662.. 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 =5.5M 。
由水箱至喷嘴的水头损失h w =0.5m 。
用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强p =4.9N /cm 2。
如用手握住喷嘴，需要多大 的水平力R ，行近流速v 0=0，取动能校正系数均为1。
解：列水箱渐变流断面1 1和喷嘴出口断面2 2能量方程H vg++=+++000020522.v g 22599=⨯=.m sv v A A 32230704==.m s列X 向动量方程N79.187)()(3233331233=--=-=-v v v A A p R v v Q R A p x x ρβρ水流对喷嘴冲击力 '=-R R 即为手握喷嘴所需之力。
)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 ，求流量Q 。
解：A bh mh =+=239m 2 x b m h =++=211852. mR A x==211.C nR ==181016./m s 12Q=A.C.(RJ)0.5=145.1 m 3/sRi Cv =答：不符合，因连续方程适用条件为：恒定流；而以上两种情况均为非恒定流。
2．何谓断面比能曲线？比能曲线有哪些特征？答：一、比能曲线：当流量Q ，过水断面形状，尺寸一定时，断面比能Es 随水深h 的变化关系曲线：22()2s Q E h f h gAα=+=二、特征：1）一条二次曲线，下端以水平轴线为渐进线，h →0，Es →∞；曲线上端与以坐标轴成45°角直线为渐近线h →∞，Es →∞；2）当h 由0→∞，Es 由∞→∞，其中有一最小值Esmin ，相应的水深为hk ；3）最小比能Esmin 相应K 点将曲线分成上下两支，上支Fr<1,为缓流；下支Fr>1，急流； 4）临界水深hk 可判断流态：（1）当h=hk 临界流； （2）当h>hk 缓流； （3）当h<hk 急流3．试验槽中水流现象如图示，流量不变，如提高或降低一些尾门（尾门之前的水流始终为缓流），试分析水跃位置是否移动？向前或是向后移动？为什么？答：因为Q=常数，所以：1）尾门提高，跃后水深下降，跃前水深h 上升，故水跃向后移； 2）尾门降低，跃后水深上升，跃前水深h 下降，故水跃向前移。
4．长管、短管是怎样定义的？书中介绍了哪四种复杂管道？长管：以沿程水头损失hf 为主，局部水头损失hj 和流速水头很小（所占沿程水头损失hf 的5%以下）； 短管：局部水头损失hj 和流速水头在总水头损失中所占比例较大，不能忽略的管道。
书中介绍了：串联、并联、分叉和沿程均匀泄流的管路。
四、作图题（2×6=12分）1、定性绘出图示管道的总水头线和测压管水头线。
2．在各段都长而直的棱柱体渠道中，已知Q ，糙率n 均为一定，试定性绘出下列各渠道中的水面线。
五、根据题目要求解答下列各题（本大题共3小题，总计31分）、（本小题8分）已知某流场的流速势为()222a x y φ=-，式中a 为常数，试求： （1）u x 及u y ； （2）流函数方程。
2、（本小题12分）一四通叉管（如图），其轴线均位于同一水平面内，两端输入流量Q 1=0.2m 3/s ，Q 3=0.1m 3/s ，相应断面动水压强p 1=20kPa, p 3=15kPa,两侧叉管直接喷入大气，已知各管直径d 1=0.3m ，d 2=0.2m ，d 3=0.15m ，θ=30°。
试求交叉处，水流对管壁的作用力（忽略摩擦力）。
N 3N 2N 1N 1Kb 1c 1a 2c 2N 2b 2P 2P 1P 3P 2R x R x11222233=0 V 0 =0V 4≠ 0 V 1V 2V 3总水头线测压管水头线x3、如图所示，水从水箱A 流入水箱B ，管路长l 为25m ，管径d 为25mm ，沿程阻力系数λ为0.03，管路中有两个90弯管1dρ⎛⎫=⎪⎝⎭及一个闸板式阀门0.5a d ⎛⎫= ⎪⎝⎭，当两水箱的水位差H 为1.0m 时，试求管内通过的流量为若干？;47kN .0A p P ;0kN .0A p P ;41kN .1A p P 3-32-21-1 (2) / 18.3A Q v m/s; 8.49 A Qv m/s; 2.82 A Q v / 15.02/)(Q 213332221113332221113312231=⋅==⋅==⋅========+=∴=+：求各断面的动水总压力体，断面间的水体作为控制和，以）解：（s m s m Q Q Q Q Q ，方向向左。
力为即：水流对管壁的作用方向写动量方程：）沿（流入动量1.017kN kN 07.1R v Q )v Q (cos30v 2Q R P P x 3x 113322x 31-=∴⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡---=--ρ。
