水力学模拟题及答案.docx
《水力学模拟题及答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水力学模拟题及答案.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
水力学模拟题及答案
水力学
（二）模拟试题
-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：
，
二方面决疋。
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
?
?
—*
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=Jw+Jv+Jf中，Jv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：
22_
ux=y-x+2x
uy=2xy-2y
试问
:
①此流动是否存在流函数"，如存在，试求之；
②此流动是否存在速度势0,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=1im/s,上下游堰高相等为2
米，下游水深ht=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。
（R=hc+q2/2g?
亿2）
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+2.3holg［（h2-ho）/（h1-ho）］
4（15分）.在不可压缩流场中流函数”=kx2-ay2，式中k为常数。
试证明流线与等势线
相互垂直。
I解题指导
孔流和堰流都是局部流段内流线急剧弯曲的急变流，其水力计算的共同特点是能量损失以局部损失为主，沿程损失可以忽略。
由于边界条件、水流条件的差异，其水力计算公式及式中各系数的确定方法各不相同。
它们反映了孔流和堰流流态下，水流条件和边界条件对
建筑物过水能力的影响。
解题时，首先要分析水流特征、弄清边界条件并判别流态及出流方
式，然后根据问题的类型采用相应公式求解。
现将各种流态及淹没界限的判别标准、问题类
型等归纳于表8-1,
表8-1孔流、堰流流态判别及问题类型
水流流态
判别标准
淹没出流判别方法
问题类型
薄壁小孔口出流
d1
H10
在液面下出流
已知，d,H（或Z）,求Q；已知，d,Q，求h（或Z）；已知，H（或Z）,求d；已知d,Q。
h（或z），求
管嘴出流
l（3:
4）d
Hv9.0m
在液面下出流
已知，d,H（或z），求Q；已知p,d,Q，求h（或z）；已知p,H（或z）,Q，求d；已知d,Q。
h（或z），求p
闸孔出流
底坎为平顶堰
e
0.65
H
hevt
已知b,e,（H0）,0，s，求Q；
已知Q,b,e（0）,s,求H已知Q,b,H°,（0）,s,求e；已知Q,Hg,e,0,s,求b;
说明：
已知条件中带括号者与待求量有关，计算中往往先假定该值，用试算法求解
底孔为曲线型堰
e
0.75
H
hs>0
（一般为自由出流情况）
矩形薄壁堰和无坎宽顶堰公式形成与式（8-7）略有不同；直角三角形薄壁堰常用Q=1.4H2.5［适
1
用于P>2H,B>（3〜4）H］;梯形薄壁堰常用Q=1.86bH1.5［适用于tg-,b3H］。
4
水流流态
判别标准
淹没出流判别方法
堰流
底坎为平顶堰
e
一>0.65
H
薄壁堰
一<0.67
H
对矩形、梯形有hs>0
z/R<0.7
已知b,（H0）,m,（,s）,求Q;
已知Q,b,m,（,s）,求H；
已知Q,m,（）,s,H,求b；
已知Q,b,H,,s,求m
实用堰
0.67<莎<2.5
不同剖面形状，判别界限不同，可查有关册克-奥hs>0
亠ZZ
剖面<（）k
RR
底坎为曲线型堰
e
一>0.75
H
宽顶堰
2.5<—<10
hs
——>0.8
H。
应该指出的是，由于本章各种系数计算的经验公式较多，在进行水力计算时应特主意其适用条件是否相符，以免出错。
n典型例题
［例8-1］甲、乙两水箱如例8-1图。
甲箱侧壁开有一直径为100mm的圆孔与乙箱相通。
甲箱底部为1.8X1.8m的正方形，水深H为2.5m。
孔口中心距箱壁的最近距离h为0.5m。
当为恒定流时，问：
①乙箱无水时，孔口的泄流量为多少？
②乙箱水深Hb=0.8m时，孔口泄
流量为多少？
③在甲箱外侧装一与孔口等径的35cm长圆柱形短管时，泄流量又为多少？
若
管长为10cm,流量有何变化？
当为管嘴出流时，管嘴内真空高度为若干？
解：
（1）求乙箱无水时孔口的泄流量。
孔口的
|1
1'I
作用水头为
HH1h2.0m,d/H0100.05<0.1
2.0
乙箱无水，故为薄壁恒定小孔口自由出流。
孔口边缘距最近的边界距离h=0.5m，故h>3d=3
x0.1=0.3m,为完全完善收缩，取
0.62,0.06，贝U
0.620.970.60
（2）求当H2=0.8m时孔口的泄流量。
因此时为淹没出流，且Z=H1—H=2.5-0.8=1.7m。
孔口位置、直径、边缘情况均未变，则不变，故
QA2gZ00.60.00785,19.61.70.0272m3/s
（3）求甲箱外侧短管长丨35cm,l10cm的泄流量及管嘴出流时的管内真宽度。
当I35cm时，其长度在（3〜4）d=30〜40cm之间，为管嘴出流，pp0而
0.82,于是自由出流时
pA,2gH00.820.00785.19.62.0
QpA2gZ00.820.0078519.61.70.0372m3/s
当I10cm时，I3d30cm，故仍为孔口出流，泄流量与以上问题
（1）、
（2）中的
结果完全相同。
以箱底为基准面，列1-1、c-c断面的能量方程，
H巳a00
g2g
Pc
g
令H。
2
aoo
，ac
2g
1.0,整理上式得
A
AC
所以
PaPc
g
（1
2gH。
p._2gHo
——x2gH0
2
[T（1
hPaPc
g
0.62,0.06，代入上式，即得真空高度
2
h■Pa—Pc[°^（10.06）1]2.01.71m
g0.62
显然，管嘴内形成一定的真空高度，增大了作用水头。
故管嘴出流较孔口出流的流量大。
[例8-2]如例8-2图所示的密闭水箱，已知H=2.5m，h=0.3m，侧壁有孔径d=20mm的
圆形薄壁孔口，流量系数0.60,P。
0.1ato求：
①泄流开始时的泄流量；②当箱内水
深降至Hi=1.3m时，欲保持泄流量不变，P0应为多少米水柱高？
（1）求泄流开始时的泄流量。
由题意知，水流为薄壁孔口自由出流
■―—0.020.0091v0.1，为小孔口。
HH1h2.50.3
选取过孔口中心的水平面为基准面，对
断面列能量方程
以②代①,
）1]H。
将p0.82,
1-1、C-C
H1
2
也0
2g
2
a
2g
取ac1.0o
因A箱?
Ac,故1
c,故取
2
c
2g
2
丄0,则
2g
2g（H1h葺）
P0
2g（H1hg）
cAccAA『g（H1h弋）
A（2g（Hih-Pg）
0.60.785O.O22.19.6—（2.5—0.3一1）
33
1.49103m3/s
（2）在孔口尺寸及流量系数一定时，欲使Q不变，其作用水头应不变，由上可知
Po
H1h-3.2m
g
即得-3.2H1h3.21.30.32.2mH2。
g
由本例可见，当箱内液面压强不为大气压时，其作用水头将发生变化。
此时不能套用孔
口（或管嘴）出流的计算公式，而应直接根据能量方程式推求其计算式。
［例8-3］某泄洪闸底坎为直角进口的平顶堰，如例8-3图。
P=1.0m，孔宽b=8.0m，共3
孔，闸墩头部半圆形，边墩圆弧形，平板闸门控制，下游尾水渠为矩形断面。
试求：
①
h11.0m,t6.0m,3孔闸门开度均为2m时的泄流量；②若h7.5m,t5.76m，保持泄
流量不变时，闸门的开度为多少？
③流量和其它和其它条件不变，但为堰流时，其堰顶水头应为若干?
解
（1）因—
H
0.62,得
hce0.6221.24m
由于闸底板高于渠底且为平顶堰，查表取0.90。
又由于堰前水头较大、开启度较小,
为简化计算，不计行近流速水头，即取H）-H,则有
c.2g（H°hc）0.9,19.6（101.24）11.79m/s
理（18Frc21）偌（183.3821）
22
hc>ttP655m，故为闸孔出流。
e
由底坎及闸门形式，并注意到0.1v—v0.65，采用相应的经验公式求流量系数，有
H
e
00.60.180.60.180.20.564
H
得Q°Be,2萌;
（2）当h7.5m,t
0.564382,19.610379.00m3/s
5.76m,欲使Q379.00m3/s时其闸门开度e,由式（8-5）即得
Q
因式中0与e有关,
设e=2.9m
U0B2gH0
故应试算求解。
竺竺0.45v0.65
7.516.5
为闸孔出流，由-
H
0.45
查表得
0.638,算得he
e0.6382.91.85m。
查得
a
0.90且忽略—
2
0,则有2g
升级会员 