水力学基础练习题七(含答案)

第七章习题及答案
一、选择
问题 1：水力最优断面是：
A、造价最低的渠道断面；
B、壁面粗糙系数最小的断面；
C、对一定流量具有最大断面面积的断面；
D、对一定的面积具有最小湿周的断面。

问题 2：顺坡明渠的底坡 i ：
A、i>0 ； B 、i <0；
C、i =0；
D、不一定。

问题 3：各断面的长直渠道，具有相同的粗糙系数 n，断面积 A，底坡 i ，其通过流量最大的断面形状为：
A、正三角形； B 、半正方形；
C、半正六边形； D 、半圆形。

问题 4：有一矩形断面渠道，坡底、糙率和过水断面面积给定的条件下，下列哪个端面尺寸的过流能力最大：
A、b=4.5m， h=1.0m； B 、 b=2.25m， h=2.0m；
C、b=3m，h=1.5m； D 、b=1.0m，h=4.5m。

问题5：在流量一定，渠道断面的形状、尺寸和壁面粗糙一定时，随底坡的增大，正常水深将：
A、增大；
B、减小；
C、不变。

问题2：在流量一定，渠道断面的形状、尺寸和壁面粗糙一定时，随底坡的增大，临界水深将：
A、增大； B 、减小；C、不变；
问题 6：矩形断面明渠中，临界流时的流速水头是临界水深的：
A、1倍；
B、1/3；
C、1/2 。

D、2/3。

问题 7：矩形断面明渠中，临界水深是最小断面比能的：
A、1倍；
B、1/3；
C、1/2；
D、2/3 。

问题 8：在流量一定，矩形断面的形状尺寸和壁面粗糙一定时，随底坡的增大，临界水深将：
A、增大； B 、减小； C、不变； D、以上都可能。

问题 9：明渠流动为急流时：
A、F r>1
B 、h>h c
C 、v<v c
D 、
问题 10：明渠流动为缓流时：
A、Fr<1；
B、h<h c；
C、v>v c；
D、
二、计算
题 1：有一梯形断面中壤土渠道，已知：渠中通过的流量 Q=5m3/s ，边坡系数 m=1.0 ，粗糙系数 n=0.020 ，底坡 i =0.0002。

试求：（1）按水力最优条件设计断面；（2）若宽深比 b=2 来设计断面，检查渠中流速是否满足不冲条件。

题 2 ：有一梯形渠道，在土层中开挖，边坡系数 m=1.5 ，粗糙系数 n=0.025 ，底坡 i =0.0005 ，设计流量 Q=1.5m3/s 。

按水力最优条件设计渠道断面尺寸。

题 3 ：有一梯形断面顺直小河，每公里落差 0.5m，渠底宽 3m，水深 0.8m，边坡系数
1.5 ，河床糙率 n=0.032，求 K、Q。

题 4 ：某梯形断面土渠中发生均匀流动，已知：底宽 b=2m，，水深 h=1.5m，底坡 i =0.0004，粗糙系数 n=0.0225 ，试求渠中流速υ，流量 Q。

题 5：如图 9-13 所示的复式断面，已知渠底坡，求：通过该复式断面的流量
图 7-13
题一矩形水槽底宽 50cm，Q=500cm3/s ，n=0.01 。

求（ 1）临界水深 h c；（2）临界底坡 i c ；（3）若 h=10cm，求 i 0 ，Fr
题 7：一梯形断面明渠均匀流，已知宽度 b=3m，水深 h=0.8m，m=1.5 ，n=0.03 ，i =0.0005 ，水温20°C( =0.0101cm2/s )，判断此水流为紊流或层流，急流或缓流？
题 8：一等坡直线收缩矩形断面陡槽，如图 9-38 所示，边墙收缩角， i =0.15 ，
n=0.014 所通过的流量 Q=825m3/s，其始断面 h1=2.7m，底宽 b1=35m。

试求距起始断面为 10m处的水深 h2。

图 7-38
三、问答
1：明渠均匀流的产生条件是什么？有何水力特征？参考答案：
明渠均匀流的产生条件是：
1 )底坡和糙率沿程不变的长而直的棱柱形渠道；
2 )渠道必须为顺坡 (i >0) ；
3 )渠道中没有建筑物的局部干扰；
4 ）明渠中的水流必须是恒定的，沿程无水流的汇入、汇出，即流量不变。

水力特征有：
1 ）过水断面的形状和尺寸、断面平均流速、流量和水深沿程不变。

2 ）总水头线、测压管水头线（水面坡度）和渠底线互相平行。

2：为什么只有在正坡渠道上才能产生均匀流，而平坡和逆坡则没有可能？参考答案：水流由于粘性在流动过程中产生了阻力，阻力作负功消耗能量，而在正坡渠道
中，因高程降低，重力势能降低可用来克服阻力所损耗的能量。

在平坡和逆坡中, 重力是不做功或做负功的，无法提供阻力所损耗的能量，所以不可能产生均匀流。

3：水力最优断面有何特点？它是否一定是渠道设计中的最佳断面？为什么？
参考答案：
水力最优断面的水力半径是水深的一半，即 R=h/2 ，而对于梯形断面有：，矩形断面有 b=2h。

由于在实际中一般，这时即 b<h 是一种窄深式断面，施工开挖、维修管理都不经济，所以它只是水力最优，不一定是设计中的最佳断面。

4: 明渠均匀流与明渠非均匀流的水力特点有何不同 ?
参考答案：
（1）明渠均匀流的 , 而明渠非均匀流的。

（2）明渠均匀流的断面平均流速、流量和水深沿程不变，而明渠非均匀流的断面平均流速、流量和水深沿程变化。

5. 圆形无压管道中，为什么其流量在满管流之前即已达到最大值？
这是由于水深 h 增大到一定程度后，过水断面面积的增长率小于湿周的增长率，从而使无压圆管流中通过的流量相对减小。

6. 按最大流量设计无压管流，工程中是否合理？
不合理，会造成有压无压交替的不稳定流
7. 明渠非均匀流的水力特征是什么？
J≠Jp≠I;
8. 断面单位能量和单位重量水体总机械能有何相同？
0 ，断面单位能量的基准面选在过水断面最低点，且 dEs/ds 可 >0，<0， =0。

单位重量水体机械能基准面可任取，且 dEs/ds<0 。

9. 什么是缓流、急流、临界流？如何判别？
答案：
急流：当明渠中水流受到干扰后，若干扰微波只能顺水流方向朝下游传播，不能逆水流方向朝上游传播，水流只在障碍物处壅起，这种明渠水流称为急流。

此时
水流流速大于干扰微波的流速，即。

缓流：当明渠中水流受到干扰后，若干扰微波既能顺水流方向朝下游传播，又能逆水流方向朝上游传播，造成在障碍物前长距离的水流壅起，这时渠中水流就称为缓流。

此时水流流速小于干扰微波的流速，即。

临界流：当明渠中水流受到干扰微波后，若干扰微波向上游传播的速度为零，这正是急流与缓流这两种流动状态的分界，称为临界流。

即。

缓流、急流、临界流三种流态的的判别式为：
（1）（ 2）（3）
（4）（5）
缓流：
急流：
临界流：
注：（1）-（3），（5）适用于均匀流或非均匀流，（4）只适用于均匀流。

10. 底坡一定的渠道，是否就能肯定它是陡坡或缓坡？为什么？不能，临界底坡的大小与流量断面形状尺寸有关。

对一给定渠道，当流量发生变化时，它可以由陡坡变成缓坡，也可以由缓坡变成陡坡。

11. 如果正坡棱柱形明渠水流的 ES沿程不变，那么水流是否为均匀流？如果 ES 沿程增加，那么水力坡度和底坡是否相同？
均匀流；不相同，非均匀流；
12. 流量、渠道断面形状尺寸一定时，随底坡的增大，正常水深和临界水深分别如何变化？
减小；不变。