水力学期末综合复习题

⽔⼒学期末综合复习题
《⽔⼒学》期末综合复习题
⼀、填空题（每⼩题4分，共16分）
1．有⼀明渠均匀流，通过流量s
553
=，底坡0004
Q/
m
i，则其流量模数K= .
=
.0
2．⽔泵进⼝真空计的读数为2
p k=，则该处的相对压强⽔头为 m
KN
5.
24m
/
3．矩形断⾯渠道，⽔深h=1m，单宽流量s
=,则该⽔流的佛汝德数Fr= 。

13
q/
m
4．宽顶堰的总⽔头H0=2m, 下游⽔位超过堰顶的⾼度h s=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s
=，则沿程阻⼒系数λ= 。

1002/1
m
C/
⼆、单项选择题（每⼩题3分，共30分）
1.静⽔中若某点的真空压强是20kP a，则其相对压强是（）
（A）118 kP a （B）78 kP a （C）-20 kP a（D）-78 kP a
2.⽔⼒最佳断⾯是（）（A）湿周⼀定，⾯积最⼩的断⾯，（B）⾯积⼀定，通过流量最⼤的断⾯，
（C）最低造价的断⾯，（D）最⼩糙率的断⾯
3.紊流中粘滞底层厚度δ⽐绝对粗糙度?⼤得多的壁⾯称为（）
（A）光滑⾯（B）过渡粗糙⾯（C）粗糙⾯（D）以上答案均不对
4.当⽔流的沿程⽔头损失系数λ只与边界粗糙度有关，可判断该⽔流属于（）（A）层流区（B）紊流光滑区（C）紊流过渡区（D）紊流粗糙区
5.明渠中发⽣a1型⽔⾯曲线，则⽔流属于（）（A）急流（B）缓流（C）均匀流（D）层流
6.过堰⽔流的流量Q与堰顶⽔头H的（）
（A） 1/2次⽅成正⽐（B） 3/2次⽅成正⽐
（C） 2次⽅成正⽐（D） 1次⽅成正⽐
7.静⽌液体中同⼀点各⽅向的压强（）
（A）数值相等（B）数值不等 (C)仅⽔平⽅向数值相等 (D)铅直⽅向数值最⼤
8.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
9.液体只受重⼒作⽤，则静⽌液体中的等压⾯是（）
（A）任意曲⾯；（B）⽔平⾯（C）斜平⾯（D）旋转抛物⾯
10.液体中某点的绝对压强为88kN/m2，则该点的相对压强为（）
（A）10 kN/m2（B）-10kN/m2（C）12 kN/m2（D）-12 kN/m2
11.过⽔断⾯是指（）
（A）与流线平⾏的断⾯（B）与流线正交的横断⾯
（C）与流线斜交的横断⾯（D）与迹线正交的横断⾯
12.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。

13.作⽤⽔头相同时，孔⼝的过流量要⽐相同直径管咀的过流量（）
（A）⼤（B）⼩（C）相同（D）⽆法确定
14.已知液体流动的沿程⽔⼒摩擦系数λ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（）
（A）层流区（B）紊流光滑区（C）紊流过渡粗糙区；（D）紊流粗糙区
15.紊流的流速分布为（）
（A）呈抛物线分布（B）呈线性分布
（C）⽐层流分布更均匀（D）⽐层流分布更不均匀
16.长管的总⽔头线与测压管⽔头线（）
（A）相重合（B）相平⾏，呈直线（C）相平⾏，呈阶梯状
17.矩形⽔⼒最佳断⾯的宽深⽐β= （）
（A）1 （B）2 （C）3 （D）4
18.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。

19.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
20.底宽b = 1.5 m的矩形明渠，通过的流量Q = 1.5 m3/s，已知渠中某处⽔深h = 0.4 m，则该处⽔流的流态为（）
（A）缓流（B）急流（C）临界流
21.闸孔出流的流量与闸前⽔头的（）成正⽐。

（A）1次⽅（B）2次⽅（C）3/2次⽅（D）1/2次⽅
22.堰流的流量与堰顶⽔头的()成正⽐。

（A）1/2次⽅（B）3/2次⽅（C）2次⽅（D）1次⽅
23.溢流坝下泄⽔流收缩断⾯⽔深h c的共轭⽔深为h c2，下游河道⽔深为h t，形成远离⽔跃的条件是（）
（A）h t = h c2 （B）h t＞h c2（C）h t＜ h c2（D）⽆法确定
24.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（C）薄膜⽔
25.渗流的达西公式只能适⽤于（）
（A）恒定均匀层流（B）恒定均匀紊流（C）恒定均匀流（D）⾮恒定流
26.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0.1m，则原型中对应点⽔深为（）
（A）0.5 m （B）1 m （C）5.0 m （D）10 m
27.按重⼒相似准则设计模型，若⼏何⽐尺为100，则流速⽐尺为（）
（A）100 （B）10 （C）20 （D）50
28.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
29.量测明槽流量的仪器是（）
（A）⽂丘⾥计；（B）电磁流量计（C）量⽔堰（D）孔板流量计
30.下列物理量中，有量纲的数为（）
（A）佛汝德数Fr （B）沿程阻⼒系数（C）渗流系数k （D）堰流流量系数m 31.缓坡明渠中的均匀流是（）
（A）缓流（B）急流（C）临界流（D）可以是急流或缓流
32.管流的负压区是指测压管⽔头线（）
（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
33.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，则其均匀流⽔深h1和h2的关系为（）（A）h1>h2（B）h1
34.对于并联长管道，每根管道的（）相等。

（A）流量（B）切应⼒（C）沿程⽔头损失（D）⽔⼒坡度
35.平衡液体的等压⾯必为（）
（A）⽔平⾯（B）斜平⾯（C）旋转抛物⾯（D）与质量⼒正交的⾯
36.理想液体恒定有势流动，当质量⼒只有重⼒时，（）
（A ）整个流场内各点的总⽔头)2//(2g u p z ++γ相等
（B ）只有位于同⼀流线上的点，总⽔头)2//(2g u p z ++γ相等
（C ）沿流线总⽔头)2//(2g u p z ++γ沿程减⼩
（D ）沿流线总⽔头)2//(2g u p z ++γ沿程增加
37.有⼀溢流堰，堰顶厚度为2m ，堰上⽔头为2m ，则该堰流属于（）
（A ）薄壁堰流（B ）宽顶堰流（C ）实⽤堰流（D ）明渠⽔流
38.同⼀管道中，当流速不变，温度上升时，则雷诺数（）
（A ）增⼤（B ）减⼩（C ）不变（D ）不⼀定
39.⼀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（）倍（A ）1 （B ）2 （C ）2 （D ）4
三、判断题（正确的在括号内划“√”，反之划“╳”，每⼩题1分，共12分）
1.⽜顿内摩擦定律适⽤于层流运动和⽜顿流体。

（）
2.根据连续性⽅程，流速与过流断⾯⾯积成正⽐。

（）
3.根据能量⽅程⽔流，⽔流总是从位置⾼的地⽅向位置低的地⽅流动。

（）
4.层流⼀定是均匀流，紊流⼀定是⾮均匀流。

（）
5.明渠⽔流的急流和缓流是⽤佛汝德数Fr 判别的，当 Fr ＞1时为急流。

（）
6.均匀流过⽔断⾯上各点的测压管⽔头都相同。

（）
7.明渠⽔流的断⾯⽐能沿流程总是增加的。

（）
8.渗流模型中的渗流流速与实际渗流流速相等。

（）
9.理想液体就是不可压缩液体。

（）
10.作⽤任意平⾯上静⽔总压⼒的作⽤点与平⾯的形⼼点重合。

（）
11.均质连续静⽌液体内任何⼀点的测压管⽔头等于常数。

（）
12.⽔流总是从压强⼤的地⽅向压强⼩的地⽅流动。

（）
13.渐变流过⽔断⾯上各点的测压管⽔头都相同。

（）
14.⽔⼒粗糙管道是表⽰管道的边壁⽐较粗糙。

（）
15.紊流光滑区的沿程⽔头损失系数仅与雷诺数有关。

( )
16.粘滞性是液体产⽣⽔头损失的内因。

（）
17.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。

（）
18.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。

（）
19.两个液流只要在相应点的速度和加速度的⼤⼩成⽐例，则两个液流就是运动相似的。

（）
四、问答题（每⼩题5分，共20分）
1.什么是液体的可压缩性？什么情况下需要考虑液体的可压缩性？
2．简要叙述泄⽔建筑物下游消能的主要形式有哪⼏种？它们各⾃适⽤的条件是什么？
3. 什么是理想液体？为什么要引⼊理想液体的概念？
4.“均匀流⼀定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？
5.简述尼古拉兹实验中沿程⽔⼒摩擦系数λ的变化规律。

6.为什么舍齐公式
只适⽤于阻⼒平⽅区？ 7.分析⽔⾯曲线时，如何寻找急流和缓流的控制断⾯？
8.在渗流计算中达西定律与杜⽐公式有何区别？
五、作图题（8分） 1．画出如图⽰曲⾯ABC 上的⽔平压强分布图与压⼒体图。

2．画出如图短管上的总⽔头线与测压管⽔头线。

3．有三段不同底坡的棱柱体渠道⾸尾相连，每段都很长，且断⾯形状、尺度及糙率均相同。

Ri C v =0≠上V
0≠下V
试定性画出各段渠道中⽔⾯曲线可能的连接形式。

六、计算题（共22分）
1.图⽰圆弧形闸门AB （1/4圆）， A 点以上的⽔深H ＝1.4m ，闸门宽度b = 4m ，圆弧形闸门的半径R =1m ，⽔⾯为⼤⽓压强。

试确定圆弧形闸门AB 的静⽔总压⼒⼤⼩及其⽅向。

（10分）
2.某矩形断⾯渠道，通过的流量Q =30m 3/s ，底宽为b =5m ，⽔深为h =1m ，判断渠内⽔流是急流还是缓流？如果是急流，试计算发⽣⽔跃的跃后⽔深是多少。

（10分）
3.如图所⽰矩形平板闸门AB 宽b =3m
G =9800N ，α=60°，h 1 =1m ，h 2=1.73m 下游⽆⽔时启门⼒T 。

（10
4.⽔温 10。

C 时，⽔的运动粘度ν＝0.0131cm 2/s ，管径为 10 cm ，管中流速为 100 cm/s ，试判别⽔流流态，并求在该管中
转变为另⼀种流态时的流速。

（6分）
i 1=i c
i 2
i 3>i c
K
K
5.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、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）
6.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 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。

（15分）
7.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。

（8分）
8.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，求通过的流量Q 。

（10分）。

参考答案：
⼀、填空题
1. 2750m3/s
2. –2.5m
3. 0.32m
4. ⾃由出流
5. 矩形/或均匀分布
6．0.00784
⼆、单项选择题
1. C
2. B
3. A
4. D
5. B
6. B
7. A
8. D
9.B 10.B 11.B 12.D
13.B 14.C 15.C 16.A 17.B 18.C 19.B 20.B 21.D 22.B 23.C 24.A 25.A 26.D 27.B 28.B 29.C 30.C 31.A 32.C 33.B 34.C 35. D
36. B 37.C 38.A 39.D
三、判断题
1. √
2. √
3.×
4. ×
5. √
6. √
7. ×
8. ×
9. × 10. × 11. √ 12. ×
13. √ 14. × 15. √16. √ 17. × 18. √ 19. ×
四、问答题
1．什么是液体的可压缩性？什么情况下需要考虑液体的可压缩性？
答案：液体的可压缩性是指：当外界的压强发⽣变化时液体的体积也随之⽽发⽣改变的特性。

液体的可压缩性在⼀般情况下可以不必考虑，但是当外界压强变化较⼤，如发⽣⽔击现象时必须予以考虑。

2．简要叙述泄⽔建筑物下游消能的主要形式有哪⼏种？它们各⾃适⽤的条件是什么？答案：泄⽔建筑物下游消能的主要形式有底流消能、⾯流消能、挑流消能和消⼒戽消能，其中底流消能和挑流消能应⽤最多。

底流消能需要修建消⼒池，⼯程量较⼤，适⽤地质条件较差的⽔库泄⽔建筑物下游和河道闸下游消能；⾯流消能要求下游⽔位变幅较⼩；挑流消能适⽤地质条件较好的⾼⽔头泄⽔建筑物下游的消能。

3. 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。

4.“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，虽然是恒定流，但它不是均匀流。

5.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=f 1（Re ）；过渡区λ=f 2（Re ，）；粗糙区λ=f 3（），紊流粗糙区⼜称为阻⼒平⽅区。

6.为什么舍齐公式只适⽤于阻⼒平⽅区？
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。

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R ?
R ?Ri C v =
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 。

五、作图题
五、计算题
1、图⽰圆弧形闸门AB （1/4圆）， A 点以上的⽔深H ＝1.4m ，闸门宽度b = 4m ，圆弧形闸门的半径R =1m ，⽔⾯为⼤⽓压强。

试确定圆弧形闸门AB 的静⽔总压⼒⼤⼩及其⽅向。

解：弧形闸门AB 在铅垂⾯的投影⾯的形⼼⽔深为
1.4+0.5=1.9 m
⽔平分⼒ P x =p c A x =ρg h c ×bR =74.48kN
压⼒体体积 V =bHR +b ×0.25πR 2= 8.74m 2
铅垂分⼒ P y =ρgV =85.65kN
静⽔总压⼒ P 2= P x 2+ P y 2
P =113.50kN
0≠上V
0≠下V
i 1=i c
i 2
i 3>i c
tan α= P y /P x =1.15 ∴α=49°
合⼒作⽤线通过圆弧形闸门的圆⼼。

2、某矩形断⾯渠道，通过的流量Q =30m 3/s ，底宽为b =5m ，⽔深为h =1m ，
判断渠内⽔流是急流还是缓流？如果是急流，试计算发⽣⽔跃的跃后⽔深是
多少。

解：渠道内的流速 v = Q /A=Q /（bh ）= 6m/s
计算佛汝德数 Fr = v /（g h ）1/2=6/（9.8×1）1/2 =1.92>1.0
渠道内的⽔流为急流
⽔跃的跃前⽔深h =1m ，根据共轭⽔深计算公式，跃后⽔深为
h c ″=h c （（1+8×F 12）1/2-1）/2= 1×（（1+8×1.922）1/2-1）/2=2.26m
即发⽣⽔跃所需的跃后⽔深为2.26m 。

3.如图所⽰矩形平板闸门AB 宽b =3m
G =9800N ，α=60°，h 1 =1m ，h 2=1.73m 下游⽆⽔时启门⼒T 。

（10说明：本题难度中等。

静⽔总压⼒计算。

题解和评分标准：
解：闸门上的静⽔总压⼒P =p c A ，
p c ＝ρgh c =1000×9.8×（1＋1.73×0.5）=18.27kN/m 2 （2分）
P =p c A =18.27×3×1.73÷sin60°＝109.6 kN （2分）
静⽔总压⼒作⽤点到转轴距离为()154.173
.11273.113322=+?+??-=L m （1分）各⼒对转轴取⼒距Th 2/tg60°－G ×0.5h 2/tg60°－PL =0 （3分）
∴T=131.6kN （2分）
即下游⽆⽔时启门⼒为131.6kN
4.⽔温 10。

C 时，⽔的运动粘度ν＝0.0131cm 2/s ，管径为 10 cm ，管中流速为 100 cm/s ，试判别⽔流流态，并求在该管中转变为另⼀种流态时的流速。

（6分）
说明：本题较容易。

要求学⽣掌握⽔流流态的判别，并会进⾏雷诺数的计算。

题解和评分标准：
解： 0131
.010100Re ?==
νvd ＝76336＞2000，管内为紊流。

（3分）
如果要转变为层流则νvd
=Re ≤2000 ，则v ≤=?d
ν2000 2.62cm/s （3分） 5.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）
说明：本题难度中等。

要求学⽣掌握管道输⽔能⼒和⽅管的⽔⼒半径的计算。

题解和评分标准：
解： H h l R v g
w ==+∑()λξ422
(5分） R A x
===∑0219..m , ξ∴
=== m/s , m /s 3v q vA v 4162662.. (5分）
6.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。

（15分）
说明：本题难度较难。

是能量⽅程和动量⽅程的综合应⽤题，要求学⽣掌握能量⽅程和动量
⽅程的建⽴和计算。

题解和评分标准：
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 v g
++=+++000020522. (5分） v g 22599=?=.m s (1分）
v v A A 32230704=
=.m s (1分）
列X 向动量⽅程
p A R q v v R p A A v v v x x 332133332318779-=-=--=βρρv N
()(). (6分）⽔流对喷嘴冲击⼒ '=-R R 即为⼿握喷嘴所需之⼒。

(1分)
7.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 。

（8分）
解：A bh mh =+=239m 2 （1分）
x b m h =++=211852.m （1分）
R A x =
=211. （1分） C n
R ==181016./m s 12 （2分） Q=A.C.(Ri )0.5=145.1 m 3/s （3分）
8.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，求通过的流量Q 。

（10分）。

说明：本题难度中等。

要求学⽣掌握明渠均匀流公式、舍齐系数和流量计算。

解：A bh mh =+=239m 2 （1分）
x b m h =++=211852
.m （1分） R A x
=
=211. （2分） C n R ==181016./m s 12 （3分） Q=A.C.(RJ)0.5=145.1 m 3/s （3分）Ri C v =。