水力学试卷及问题详解

《水力学》试卷班级：姓名：学号：成绩：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（）a)A．佛汝德数Fr B. 沿程阻力系数b)C．渗流系数k D. 堰流流量系数m2.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（）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，则其均匀流水深h1和h2的关系为（）A．h1>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（）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（）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，（）A整个流场内各点的总水头)2/(2g/+γ相等z+upB只有位于同一流线上的点，总水头)(2g/2/z++γ相等puC沿流线总水头)(2g2//z++γ沿程减小puD沿流线总水头)(2g/2/+γ沿程增加z+pu8.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9.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（）倍A．1 B.2 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s553mQ/=，底坡0004i，则其流量模数K= .=.02．水泵进口真空计的读数为2KNp k=，则该处的相对压强水头为m5.24m/3．矩形断面渠道，水深h=1m，单宽流量s13mq/=,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s1002/1C/m=，则沿程阻力系数λ= 。

7．当液流为流时，流线与迹线重合。

8．直径为1m的管道中的水流，其水力半径为。

三、作图题（本大题分3小题，每小题4分，共12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。

试定性画出各段渠道中水面曲线可能的连接形式。

≠上V≠下V四、计算题 （本大题分5小题，共52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 ，m h 21=，m h 32=，计算曲面AB 所受静水总压力的大小、方向和作用点。

h 1h 2Rp 0i 1=i ci 2<i ci 3>i cKK2．（本小题10分）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o 30=θ，渐变段长L=10m ，渐变段中水体重量G=2KN ，进水管直径m d 2.01=，流速s m V /11=，形心点相对压强水头m p 50/1=γ水柱高，出水管直径m d 1.02=，不计水头损失，试求固定段管路所受的作用力x R 和y R 。

1mHL/2LLxy11224．（本小题10分）在矩形断面河道上，有一单孔的与渠道等宽的泄水闸，已知闸前水深m H 8=，闸门开度m e 5.2=，闸下游水深m h t 5.4=，闸门宽度m b 8=，（闸门垂向收缩系数625.02=ε，堰流的流量系数34.0=m ，闸孔出流的流量系数H e /18.060.0-=μ），不计行进流速，试求：（1） 通过水闸的流量；（2） 判断闸下游的水流衔接形式，并判断闸下是否要建消能工。

Heh t5． （本小题10分）对于流动xy u x 2=，22y x u y -=的平面流动，要求：（1） 判断是否是不可压缩流体的流动？若流动存在，求流函数。

（2） 判别是无旋流还是有旋流？若为无旋流，确定其速度势函数。

答案：一、单项选择题（20分）1.C2. A3.C4.B5. C6.D7.B8.C9.A 10.D 二、填空题（16分）1.2750m3/s2.–2.5m3.0.32m4.自由出流5. 矩形/或均匀分布6．0.007847.恒定流8. 0.25m三、作图题≠上V≠下V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：)(5.24115.28.9←=⨯⨯⨯==KN A h P c x γ （2分） 垂直方向静水总压力：)(71.21)4/1113(8.92↑=⨯-⨯⨯⨯==KN V P z πγ （2分） 总静水总压力：KN P P P z x 73.3271.215.242222=+=+= （1分） 与水平方向的夹角：o x z tg P P tg 5.415.2471.2111===--θ （1分） 距底部B 点的垂直距离：m R e o 663.05.41sin 1sin =⨯==θ （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m h f 12/= （4分）列水箱和出口断面能量方程得，g V g V 2/2/2322++=ξ（5.0=ξ） 所以V=m g 615.33/4= （5分）s l s m VA Q /4.28/0284.04/1.01.0615.33==⨯⨯⨯==π （1分）3．（12分） s m V d d V /4)/(12212==， s m A V Q /0314.0311== （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：gV p z gV p z 222222221111αγαγ++=++取121==αα （3分）6.19430sin 106.191500222++⨯=++γp o，得m p 23.44/2=γ水柱，即22/5.43323.448.9m KN p =⨯= （2分） 而21/490508.9m KN p =⨯=，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x R 和y R ，（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：)(30sin 112202211V V Q R G A p A p x ββρ-=--- 取121==ββ )(30sin 122211V V Q G A p A p R o x ----=ρ1000/)14(0314.010005.0200785.05.4330314.0490-⨯-⨯-⨯-⨯=KN 9.109.014.393.15=---= （3分）y 方向的动量方程：030cos 0=-G R yKN G R y 73.1866.0230cos 0=⨯== （2分）水流对管壁的作用力与x R 和y R 大小相等，方向相反。

（1分）4．(10分)（1）由于e/H=2.5/8=0.3125<0.65，所以为闸孔出流（1分） 假定为自由出流（1分）s m gH be Q /2.13686.195.28)3125.018.06.0(23=⨯⨯⨯⨯⨯-==μ（2分）m e h c 563.15.2625.02=⨯==εsm m b Q q /03.17/3==m gh q h h c c c 42.5)1563.18.903.1703.1781(2563.1)181(2332=-⨯⨯⨯+=-+=''由于c t h h ''>，所以闸孔为自由出流，假设正确。

（2分）（2）m g q h k 09.38.9/03.171/3232=⨯==α （1分）由于k c h h <，所以出闸水流为急流，又k t h h >，所以下游河道为缓流 （1分） 则下游水流衔接形式为远驱式水跃（1分） 要设消能工。

（1分）5．（10分）（1） 因为022=-=∂∂+∂∂y y yu x u yx ，满足连续性方程，所以该流动是不可压缩流体的流动。

（2分）流函数dx y x xydy dx u dy u d y x )(222--=-=ψ C x xy +-=3/32ψ （3分）（2）因为0)22(21)(21=-=∂∂-∂∂=x x y u x u x y ω，所以为无旋流 （2分） 速度势函数dy y x xydx dy u dx u d y x )(222-+=+=ϕC y y x +-=3/32ϕ （3分）。