水力学模拟试题及答案.docx
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水力学模拟试题及答案
水力学模拟试题及答案
(一)
水力学模拟试题及答案
(一)
1、选择题:
(每小题2分)
(1)在水力学中,单位质量力是指(C)
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
(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、1kN/m2b、2kN/m2c、5kN/m2d、10kN/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、1.54mb、2.0mc、2.45md、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;
答案:
b
1
(11)闸孔出流的流量Q与闸前水头的H()成正比。
a、1次方b、2次方c、3/2次方d、1/2次方
答案:
d
(12)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:
a
(13)测量水槽中某点水流流速的仪器有
a、文丘里计b、毕托管c、测压管d、薄壁堰
答案:
b
(14)按重力相似准则设计的水力学模型,长度比尺λL=100,模型中水深为0.1米,则原型中对应点水深为和流量比尺为
a、1米,λQ=1000;b、10米,λQ=100;
c、1米,λQ=100000;d、10米,λ
答案:
d
2、判断题:
(每小题2分)
(1)任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。
(前提:
静止液体中!
!
!
)()
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)水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。
()答案:
错误
(4)粘滞性是液体产生水头损失的内因。
()答案:
正确
(5)同样条件下直接水击比间接水击更不安全。
()答案:
正确
(6)在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。
()答案:
错误
(7)矩形断面水力最佳断面的宽深比β=2。
()答案:
正确
(8)断面比能沿流程总是减小的。
()答案:
错误
(9)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
(10)渗流达西定律适用的条件是恒定均匀层流渗流,并且无渗透变形。
()答案:
正确
3、填空题:
(每小题2~4分)
(1)牛顿内摩擦定律适用的条件是和。
2Q=100000。
答案:
层流运动,牛顿液体
(2)液体中某点的绝对压强为100kN/m2,则该点的相对压强为
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
kN/m2,真空度为。
答案:
2,不存在.
(3)只受重力作用,静止液体中的等压面是?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
。
答案:
水平面。
(4)实际液体在流动时产生水头损失的两个主要原因是?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
,
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
。
答案:
液体存在粘滞性和边界的影响。
(5)水流在明渠中的流态为缓流时,其水深h?
?
?
?
hk,弗汝德数Fr?
?
?
?
?
1。
(填写?
、?
、?
符号)
答案:
?
,?
。
(6)在流量不变的条件下,水跃的跃前水深越小,则水跃的跃后水深越?
?
?
?
。
答案:
大。
(7)根据管道水头损失计算方法的不同,管道可以分为?
?
?
?
?
?
?
和?
?
?
?
?
?
?
?
。
答案:
短管,长管。
(8)在水击计算中阀门关闭的时间Ts?
水击相长Tr的水击,称为?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
水击,
把Ts?
Tr的水击称为?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
水击。
答案:
直接,间接。
(9)a2型水面曲线是发生在?
?
?
?
?
?
坡上的?
?
?
?
?
?
?
?
流(指急流或缓流)的水面线,
这时弗汝德数Fr沿程?
?
?
?
?
?
(指增大、减小或不变)
答案:
陡坡,缓流,减小。
(10)溢流堰的过堰流量与堰顶水头的?
?
?
?
?
?
?
?
次方成正比。
答案:
3/2。
(11)泄水建筑物下游发生远驱水跃时,下游收缩断面水深hc的共轭水深
hc’’?
?
?
?
?
?
?
?
ht(ht为下游河道的水深,填写?
、?
、?
符号)
答案:
填写?
、?
、?
符号
(12)按重力相似准则设计的溢流坝水力模型,长度比尺λL=25,当模型中某点的
流速为vm=o.8m/s,则原型中对应点的流速为vp=?
?
?
?
?
?
?
?
m/s。
答案:
4m/s。
4、问答题:
(每小题3~4分)
(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,在液体流动时会引起能量损失,给分析液体运动带来很大
困难。
为了简化液体运动的讨论,我们引入了理想液体的概念,忽略液体的粘滞性,分析其运动规律,然后再考虑粘滞性影响进行修正,可以得到实际水流的运动规律,用以解决实际工程问题。
这是水力学重要的研究方法。
(2)“均匀流一定是恒定流”,这种说法是否正确?
为什么?
3
答案:
这种说法错误的。
均匀是相对于空间分布而言,恒定是相对于时间而言。
当流量不变通过一变直径管道时,虽然是恒定流,但它不是均匀流。
(3)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:
通过尼古拉兹实验可以发现:
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=f1(Re);λ?
R=f2(Re,λ=f3(),紊流粗糙区又称为阻力平方区。
R
(4)为什么舍齐公式Ri只适用于阻力平方区?
v?
C
答案:
舍齐公式是根据明渠均匀流的大量观察资料总结的公式,自然界中明渠水流几乎都处于紊流阻力平方区,因此该公式只适用于紊流阻力平方区。
(5)流动相似的含义是什么?
答案:
流动相似包括几何相似、运动相似和动力相似。
其中几何相似是前提,动力相似是保证,才能实现流动相似。
(6)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,只能消耗位能来克服水流阻力。
所以均匀流只能产生在正坡渠道中。
(7)分析水面曲线时,如何寻找急流和缓流的控制断面?
答案:
急流的控制断面在上游,因为外界对急流的干扰不能向上游传播;缓流的控制断面在下游,其原因与急流正好相反。
(8)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。
5、作图题:
(1)定性绘出图示管道(短管)的总水头线和测压管水头线。
(5分)
解:
4
(2)定性绘出图示棱柱形明渠内的水面曲线,并注明曲线名称及流态。
(各渠段均
(1)图示一跨河倒虹吸管,正方形断面面积为A=0.64m2,长l=50m,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,沿程水力摩擦系数λ=0.024,上下游水位差H=3m。
求通过的流量Q?
(10分)
解:
按短管计算,取下游水面为基准面,对上下游渠道内的计算断
面建立能量方程
lv2
H?
hw?
(?
(5分)?
?
?
)4R2g
计算正方形管道断面的水力半径和局部水头损失系数
AR?
?
0.2m,?
?
?
0.2?
2?
0.5?
1.0?
1.9?
将参数代入上式计算,可以求解得到
?
v?
4.16m/s,Q?
vA?
2.662m3/s(5分)
即倒虹吸管内通过的流量为2.662m3/s。
5
(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hw=0.5m。
用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强p=4.9N?
cm2。
如用手握住喷嘴,需要多大的水平力R,行近流速v0=0,取动能校正系数和动量校正系数均为1。
(15分)
解:
以过喷嘴中心的水平面为基准面,列水箱渐变流断面1—1和喷
嘴出口断面2—2的能量方程
2v2?
0.5(5分)H?
0?
0?
0?
0?
2g
求得喷嘴出口流速和流量为v2?
g?
5?
9.9m3Q?
v2A2?
0.000314
(1.5分)橡胶管道内的流速为Qv3?
(1分)?
0.706A3
对于喷嘴建立x
p3A3?
R?
?
?
Q(v2x?
v3x)
R?
p3A3?
?
Q(v2?
v3)?
187.79N(6.5分)
水流对喷嘴冲击力为R?
?
?
R即为手握喷嘴所需之力。
(1分)
(3)有一梯形渠道,底宽b=10m,水深h=3m,边坡为1:
1,糙率n=0.014,底坡i=0.001。
如流动在紊流粗糙区,求通过的流量Q。
(9分)
解:
计算渠道断面水力要素,
过流断面面积A?
bh?
mh2?
39m2(1.5分)
6
湿周x?
b?
2?
m2h?
18.49m(1.5分)
A?
2.11m(1分)x
1舍齐系数C?
R?
80.90m/s(2分)n
通过的流量Q=AC(Ri)0.5=144.93m3/s(3分)水力半径R?
(4)某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。
已知渠宽B=18m,流量Q=265m3/s,坝下收缩断面处水深hc=1.1m,当坝下游水深ht=4.7m时,问:
(12分)
1)坝下游是否发生水跃?
(4分)
2)如发生水跃,属于何种形式的水跃?
(4分)
3)是否需要修建消能工?
若需要修建消能工,估算消力池深。
(4分)解:
1)计算临界水深hk,判断收缩断面和下游水流流态,
q=Q/B=265/18=14.72m3/sm
hk?
?
q22.72?
?
2.81mg9.8
因为收缩断面水深hc=1.1m?
hk为急流,下游水深ht=4.7m?
hk为缓流,所以溢流坝下游必定发生水跃。
2)计算收缩断面处水深hc的共軛水深hc"
hcq2
hc"=2(?
8gh3?
1)
c
1.114.722
=2?
(?
8?
9.8?
1.13?
1)=5.81m
因为hc"?
ht,该水跃为远驱水跃。
3)溢流坝下游发生远驱水跃,需要修建消力池。
估算消力池深d,取水跃淹没系数?
j=1.05
则池深约为d=?
jhc"-ht=1.05?
5.81–4.7=1.40m
7