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1、水力学最全复习资料水力学最全复习资料 一、单项选择题（填写唯一正确答案的编号） （本大题共10小题，每小题2分，共20分） 1. 下列物理量中，有量纲的数为（ C ） A佛汝德数Fr B. 沿程阻力系数? C渗流系数k m/day D. 堰流流量系数m 2. 缓坡明渠中的均匀流是（A ） A缓流 B. 急流 C. 临界流 D. 可以是急流或缓流 3. 管流的负压区是指测压管水头线（ C ） A在基准面以下的部分 B. 在下游自由水面以下的部分 C 在管轴线以下的部分 D. 在基准面以上的部分 4. 有两条梯形断面渠道1和2，已知其流量、边坡系数、糙率和底坡相同，但底坡i1>i2， 则其均

2、匀流水深h1和h2的关系为（ B ） Ah1>h2 B. h1<h2 C. h1=h2 D. 无法确定 5. 对于并联长管道，每根管道的（ C ）相等。 A流量 B. 切应力 C. 沿程水头损失 D. 水力坡度 6. 平衡液体的等压面必为（D ） A水平面 B. 斜平面 C. 旋转抛物面 D. 与质量力正交的面 7. 理想液体恒定有势流动，当质量力只有重力时， （B） A整个流场内各点的总水头(z?p/?u2/2g)相等 B只有位于同一流线上的点，总水头(z?p/?u2/2g)相等 C沿流线总水头(z?p/?u2/2g)沿程减小 D沿流线总水头(z?p/?u2/2g)沿程增加 8.

3、 有一溢流堰，堰顶厚度为2m，堰上水头为2m，则该堰流属于（ c ） A薄壁堰流 B. 宽顶堰流 C. 实用堰流 D. 明渠水流 9. 同一管道中，当流速不变，温度上升时，则雷诺数（ A ） A增大 B. 减小 C. 不变 D. 不一定 10. 一段直径不变管道的流速从2m/s增加到4m/s时，在水流都处于紊流粗糙区时，沿程水 损失是原来的（ d ）倍 A1 B. C. 2 D. 4 二、填空题（在空格中填写正确答案） （本大题共8小题，每空格2分，共16分） 1有一明渠均匀流，通过流量Q?55m3/s，底坡i?0.0004，则其流量模数K2水泵进口真空计的读数为pk?24.5KN/m2，则该

4、处的相对压强水头为3矩形断面渠道，水深h=1m，单宽流量q?1m3/s,则该水流的佛汝德数Fr 4宽顶堰的总水头H0=2m, 下游水位超过堰顶的高度hs=1.4m，此时堰流为出流。 5渗流杜比公式表明，在渐变渗流中过水断面的流速分布为 6已知谢才系数C?100m1/2/s，则沿程阻力系数?。 7当液流为 恒定流 8直径为1m的管道中的水流，其水力半径为 三、计算题 （本大题分5小题，共54分） 1（本小题10分）如图所示，一个封闭水箱，下面有一1/4园柱曲面AB，宽为1m（垂直于纸面方向），半径R=1m，h1?2m，h2?3m，计算曲面AB所受静水总压力的大小、方向和作用点。 2（本小题10分

5、）有一长度为L的有压管道，管径d=0.1m，作用水头H=3m，在L/2处装一测压管，已知测压管水面高于管轴1m，不计行进流速，求管道中通过的流量。 3（本小题12分）如图示管路渐变段，已知管轴线与水平面夹角?30o，渐变段长L=10m，渐变段中水体重量G=2KN，进水管直径d1?0.2m，流速V1?1m/s，形心点相对压强水头p1/?50m水柱高，出水管直径d2?0.1m，不计水头损失，试求固定段管路所受的作用力Rx和Ry。 水力学1答案： 一、单项选择题（20分） 1.C 2. A 3.C 4.B 5. C 6.D 7.B 8.C 9.A 10.D 二、填空题（16分） 1. 2750m3/

6、s 2. 2.5m 3. 0.32m 4. 自由出流 5. 矩形/或均匀分布 60.00784 7.恒定流 8. 0.25m 三、作图题 四、计算题 1 （10分） 画出水平方向压强分布图（1分）；画出垂直方向压力体图（1分）； 水平方向静水总压力：Px?hcA?9.8?2.5?1?1?24.5KN(?) （2分） 垂直方向静水总压力：Pz?V?9.8?(3?1?1?12/4)?21.71KN(?) （2分） 总静水总压力：P?Px2?Pz2?24.52?21.712?32.73KN （1分） 与水平方向的夹角：?tg?1Pz21.71?tg?1?41.5o （1分） Px24.5 距底部B点

7、的垂直距离：e?Rsin?1?sin41.5o?0.663m （2分） 2（10分） 以管道轴线为基准面，列测压管断面和处口断面的能量方程： 得hf/2?1m （4分） 列水箱和出口断面能量方程得，3?2?V2/2g?V2/2g（?0.5） 所以V=4g/3?3.615m （5分） Q?VA?3.615?0.1?0.1?/4?0.0284m3/s?28.4l/s （1分） 3（12分） V2?(d1/d2)2V1?4m/s， Q?V1A1?0.0314m3/s （1分） 以过1-1断面中心的水平面为基准面，写出1-1和2-2断面能量方程： p1?1V12p2?2V22 z1?z2? 取?1?2

8、?1 （3分） ?2g?2g 12p242o0?50?10?sin30?， 19.6?19.6 得p2/?44.23m水柱，即p2?9.8?44.23?433.5KN/m2 （2分） 而p1?9.8?50?490KN/m2， 取1-1和2-2断面间水体为脱离体，假设管壁对水体的作用力为Rx和Ry，（水流方向为x轴，与水流方向垂直为y轴） x方向大的动量方程： p1A1?p2A2?Gsin300?Rx?Q(?2V2?1V1) 取?1?2?1 Rx?p1A1?p2A2?Gsin30o?Q(V2?V1) ?490?0.0314?433.5?0.00785?2?0.5?1000?0.0314(4?1)

9、/1000 ?15.93?3.4?1?0.9?10.9KN （3分） y方向的动量方程： Ry?Gcos300?0 Ry?Gcos300?2?0.866?1.73KN （2分） 水流对管壁的作用力与Rx和Ry大小相等，方向相反。 （1分） 水力学练习2及参考答案 一、 单项选择题 （每小题2分，共计10分） 1、紊流粗糙区的水头损失与流速成 （ b ） a、一次方关系； b、二次方关系； c、1.752.0次方关系；d、不能确定 2、已知液体流动的沿程水头损失系数与边壁粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于 （ c ） a、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流

10、粗糙区 3、有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R =（ b ） a、8 b、4 c、2 d、1 4、已知突扩前后有压管道的直径之比d1/d2 =1：2，则突扩前后断面的雷诺数之比为 （ a ） a、2 b、1 c、0.5 d、0.25 5、层流断面流速分布规律符合 （ c ） a 、对数分布； b 直线分布； c、抛物线分布； d、 椭圆分布 。 二、 填空题 （每小题2分，共计8分） 1、恒定流时流线与迹线 。 2、实际液体在流动时产生水头损失的内因是 ， 外因是 边界条件的影响 。 3、雷诺试验揭示了液体存在和 来判别液流的流态。 4、在等直径长直管道中，液体的温度不变，当流量逐渐

11、增大，管道内的雷诺数Re将逐渐 增大 。 三、 判断题 （每小题2分，共计16分） 1、根据连续性方程，流速与过流断面面积成正比。 （） 2、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。 （） 3、只有过水断面上各点流速相等的流动才是均匀流 （） 4、均匀流与渐变流一定是恒定流，急变流一定是非恒定流。 （） 5、判别圆管水流是层流或紊流流态的临界雷诺数Re为2000。 （） 6、层流一定是均匀流，紊流一定是非均匀流。 （） lv2 7、根据达西公式hf =，层流沿程水头损失与流速平方成正比。（） 4R2g 8、紊流粗糙区的沿程水头损失系数只与雷诺数有关。 （） 四、问答题 （每小题5分，共计10

12、分） 1、 有人说“均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？ 答：这种说法是错误的，均匀流不一定是恒定流。因均匀流是相对于空间而言，即运动 要素沿流程不变，而恒定流是相对于时间而言，即运动要素不随时间而变。两者判别标 准不同。 2、 根据尼古拉兹实验，简单叙述沿程水头损失系数在不同流态的变化规律。 答：通过尼古拉兹实验可以发现：在层流中仅是雷诺数Re的函数并与Re成反 比；在层流到紊流过渡区，仅是Re的函数；在紊流光滑区=f1（Re）； 过 渡区=f2（Re，/d）；粗糙区=f3（/d），紊流粗糙区又称为阻力平方区。 五、计算题 （共5题，计56分） 1、 管道直径 d = 10 mm

13、，通过流量 Q = 20 cm3/s，运动粘度= 0.0101 cm2/s。问管中 水流流态属层流还是紊流？若将直径改为 d = 30 mm，水温、流量不变，问管中水流属何种 流态？ （8分） 解：（1）运动粘度= 0.0101 cm2/s，而管道截面积A=d/4，v=Q/A， 2 则管道流动的雷诺数： vd4Q42010-6 Re=2523?2000(Rek) d3.141010-30.010110-4 管道水流为紊流。 （2）管道流动的雷诺数Re=vd4Q=，故可知水温、流量不变，管径扩大3d 4Q11=Re=2523=841?2000(Re倍后的雷诺数Re=k) (3d)33 将直径改为

14、 d = 30 mm，水温、流量不变，管中水流是层流。 2、图示水箱一侧有一向上开口的短管，箱内水位恒定，水通过管嘴向上喷射。若管嘴出口 至水箱水面的高度h=5 m，管嘴局部水头损失系数=0.2，取动能校正系数=1。求管嘴的 出流速度v及此射流达到的高度z。 （ 12分） 解：（1）以管嘴出口为基准面，对水面1和管嘴出口21 3 2 列能量方程，得： 22 h+0+0=0+0+ 2g2g 由h=5 m，=0.2，=1得 22 h=+0.2 2g2g 22 +0.2=5 29.829.8 =9.04m/s (2) 以管嘴出口为基准面，管嘴出口2和水面3列能量方程，得： 2 0+0+=z+0+0

15、2g 由=9.04m/s，=1得 29.042 z=4.17m 2g29.8 3 、已知如图所示的文丘里管流量计，管的直径d1 =5cm，d2=2cm，1断面与喉管断面的测压管水头差为h =5cm ，如果文丘里管流量计流量修正系数=0.98，求管路中通过流量Q为多少？（不计水头损失） （12分） 解：计算文丘里管常数： d12k=42g3.140.052=4(d1/d2)4129.8=0.0014m2.5/s 4(0.05/0.02)1 管路中通过的流量： Q=k=0.980.00140.05=0.0003m3/s 4、某水平管路的直径d1=7.5cm，管内流速v1=0.70m/s， 管路末端

16、接一渐缩喷嘴通入大气（如图）。喷嘴出口直 径d2=2.0cm，用压力表测得管路与喷嘴接头处压强p=49kN/m2，求水流对喷嘴的水平作用力F（取动量校正系数为1） （12分） 解：取管路1-1断面和管嘴2-2断面为计算断面， 根据连续方程得： 112Q=v1 A1=v1d1=0.73.140.0752=0.0031m3/s 44x v2=(d1/d2)2v1=(0.075/0.02)20.7=2.625m/s 对喷嘴建立x方向的动量方程，=1得： pA1 F=Q(v2x v1x) F= pA1 Q(v2 v1)=49(1/4) 3.140.0752 - 110.0031(2.625-0.7)

17、=0.21KN 水流对喷嘴的水平作用力F与F大小相等，方向相反。 5、有一浆砌块石的矩形断面渠道，宽b = 6m，当Q = 14.0m3/s时，渠中均匀水深h = 2m，糙率n = 0.025，试求500m长渠道中的沿程水头损失。 （12分） 解：计算渠道断面水力要素： 过流断面面积A=bh=62=12m2 湿周=b+2h=6+22=10m A12=1.2m 水力半径R=x10 Q14v=1.17m/s A12 根据舍齐公式，沿程水头损失： n2v20.02521.172 hf=4/3l=500=0.335m R1.24/3 四、综合复习题 1、选择题： （1）在水力学中，单位质量力是指（ ）

18、答案：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（ ）答案：d a、重合； b、平行 c、斜交； d、正交。 （3）水力学中的一维流动是指（ ）答案：d 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。 （4）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=（ ）答案：b a、8； b、4； c、2； d、1。 （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。答案：a、b、

19、c 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 （6）在缓坡明渠中不可能发生的流动是（ ）答案：a、c、d a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。 2、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）在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。（ ） 答案：错误 （4）矩形断面水力最佳断面的宽深比=2。（ ） 答案：正确 （5）明槽水流的断面比能沿流程总是减小的。（ ） 答案：错误 3、问答题： （1）什么是理想液体？为什么

20、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的变化规律。 答案：通过尼古拉兹实验发现：在层流中仅是雷诺数Re的函数并与Re成反比；在层流到紊流过渡区，仅是Re的函数；在紊流光滑区=f1（Re），过渡区=f2（， ），粗糙区f3（ ），紊流粗糙区又称阻力平方区。 R?R? （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

21、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 m2，长 l=50 m，两个 30。折角、

22、进口和出口的局部水头 损失系数分别为1=0.2，2=0.5，3=1.0，沿程水头损失系数=0.024，上下游水位差 H=3m。求通过的流量Q。 lv2 ? 解：H?hw?(?4R2g R?A?0.2m , ?1.9 x v ?4.16m/s , qv?vA?2.662m3/s 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，取动能校正系数均为1。 解：列水箱渐变流断面1?1和喷嘴出口

23、断面2? 2能量方程 v H?0?0?0?0?2?0.5 2g 2v2?2g?5?9.9 v2A2?0.704 A3 v3? 列X向动量方程 p3A3?R?Q(v2x?v1x) R?p3A3?A3v3(v2?v3)?187.79N 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?mh2?39m2 x?b?2?m2h?18.5 m A?2.11 x 1 C?R?81.0m/s n R? Q=A.C.(RJ)0.5=145.

24、1 m3/s v ?CRi 练 习 3 1. 恒定总流能量方程：z1+p1/g+1v12/2g= z2+p2/g+2v22/2g+hw 各项的物理含义：z1、z2为1、2过流断面上选定点相对于选定基准面的高程。 p1、p2为1、2过流断面上的相对压强或绝对压强 v1、v2为1、2过流断面上的平均流速 1、2为1、2过流断面上的动能修正系数 hw为1、2两断面间的单位重量流体的能量损失。 2. 沿程损失和局部损失 沿程损失是由于流体流动过程中，沿程存在着剪切阻力。克服沿程阻力引起的能量损失称为沿程损失。 局部损失是在边壁尺寸急剧变化的流动区域，由于尾流区、旋涡区的出现，使局部流动区出现较集中的局

25、部阻力，克服这种局部阻力引起的能量损失称为局部损失。 五、作图题（共10分） （3）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为答案：b a、1 kN/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m2 （4）水力学中的一维流动是指（ ） 答案：d 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。 （5）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=（ ）答案：b a、8； b、4； c、2； d、1。 （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答案： c a、层流区； b

26、、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流粗糙区 （7）在明渠中不可以发生的流动是（ ） 答案：c 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。 （8）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（ ）。答案：b a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。 （9）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答案：b a、 缓流； b、急流； c、临界流； （10）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 2、判断题：（每小题2分）

27、 （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）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）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=2 （ ） 答案：正确 （7）断面比能沿流程总是减小的 （ ） 答案：错误 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 。 答案：层流运动，牛顿液体 （2） 液体中某点的绝对压强为100k

28、N/m2，则该点的相对压强为 ?kN/m2，真空度为 。 答案：2， 不存 在. 只受重力作用，静止液体中的等压面是?。答案： 水平面。 （3） 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。 （4） 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：? ， ? 。 （5） 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。 （6） 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。 （7） a2型水面曲线是发生在? 坡上的 ?流（指急流或缓流）的 水面线，

29、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。 （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？ 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

30、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的变化规律。 答案：通过尼古拉兹实验可以发现：在层流中仅是雷诺数Re的函数并与 ?Re成反比；在层流到紊流过渡区，仅是Re的函数；在紊流光滑区=f（ 1Re过渡区=f2Re， ）；粗糙区=f3（ ），紊流粗糙区又称为阻力平方区。 R?R （4）为什么舍齐公式 R i 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）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