水力学：作业及答案

a、任意曲面；b、水平面c、斜平面;d、旋转抛物面。
4．液体中某点的绝对压强为88kN/m2,则该点的相对压强为（b）
a、10 kN/m2b、—10kN/m2c、12 kN/m2d、—12 kN/m2
二、填空题（每小题3分，共计12分）
1．牛顿内摩擦定律适用的条件是层流运动和牛顿液体.
2．理想液体的概念是指。没有粘滞性的液体
1．管道直径d=10 mm，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？
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）
4．在无坎宽顶堰的计算中没有侧收缩系数，是因为没有侧收缩影响。 （×)
四、问答题（每小题4分，共计8分）
1．简述堰的分类和相应的水流运动特征。
答案：①薄壁堰流.当δ/H＜0.67时,过堰的水舌形状受堰顶厚度δ的影响，水舌下缘与堰顶呈线接触，而且堰顶常做成锐缘形，水面为单一的降落曲线；②实用堰流。当0。67＜δ/H＜2.5时，过堰水流受到堰顶的约束和顶托，水舌与堰顶呈面接触，但水面仍有单一的降落曲线；③宽顶堰流。当2。5＜δ/H＜10时，堰顶厚度对水流的顶托作用更为明显，水流在堰顶进口处出现第一次跌落后，形成与堰顶近乎平行的渐变流段，然后出现第二次跌落(下游水位较低时）。
解:
3．已知如图所示的文丘里管,管路中通过流量Q =10l/s，d1=5 cm，p1=78。4Pa，如果使 断面产生真空压强为6。37kPa，问d2应为多少？（不计水头损失）（12分）
解:
4．矩形断面渠道中有一平板闸门，渠宽b＝3m。闸前水深H＝4m，闸下收缩断面水深hc=0。8m，已知渠道流量Q=18m3/s.取动能和动量校正系数均为1。求水流作用于闸门上的作用力，并与按静水压强分布计算作用于闸门上的作用力相比较。（12分）
解:
2。图示为复式比压计，已知油的比重为0。8,水银的比重为13。6,求A，B两点的压强差.（12分）
解:
3。如图所示矩形平板闸门AB宽b=3m，门重G=9800N，α=60，h1=1m，h2=1。73m。试求：
（1）下游无水时启门力T， （2）下游有水时启门力T
4。图示为溢流坝上的弧型闸门.已知R=10m，b=8m,α=30°，试求：（1)作用在弧型闸门上的静水总压力。（2）静水总压力作用点的位置。（4分）
4．根据达西公式hf=λ ，层流沿程水头损失与流速平方成正比。 （×)
5．紊流粗糙区的沿程水头损失系数只与雷诺数有关。(×）
6．园管中层流的雷诺数必然大于3000。×
四、问答题（每小题5分，共计10分）
1．总水头线、测压管水头线的关系和沿程变化的特点是什么？
答案:均匀的总水头线和测压管水头线是相互平行的直线。
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、2b、1c、0.5d、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12分）
解：
6．在矩形断面水平渠道中设一平板闸门,如图所示,闸门与渠道同为宽度b=4m，闸孔出流量Q =12m3/s,闸下收缩断面水深hc=0.4m,产生水跃与下游水流衔接,下游水深ht=1.4m,求跃前水深并判别水跃发生的位置。（12分）
解：
一、单项选择题(每小题2分，共计6分)
1．闸孔出流的流量与闸前水头的（d）成正比。
a、1次方b、2次方c、3/2次方d、1/2次方
2．底流式消能池中产生的水跃应该是(d）a、远离式水跃，b、临界水跃，c、强淹没水跃，
d、淹没系数为1.05~1。1的弱淹没水跃
3．对于底坎为平顶堰的闸孔，相对开度e/H＞（a)时的水流运动为堰流。
a、0.65 b、0.67 c、0。75 d、2.5
二、填空题（每小题3分,共计15分）
2．简述泄水建筑物下游有哪几种消能形式和它们的特点。
答案:①底流消能与衔接。底能消能多用于中、低水头及地质条件较差的泄水建筑物下游；②挑能消能与衔接。多用于高水头、下游河床地质条件好的建筑物末端的消能；③面流消能与衔接。在底部旋滚和表层主流扩散的过程中实现的。
五、作图题（每小题4分，共计12分)
1．试绘制图中AB面上的静水压强分布图
2．试绘制图中曲面ABC上的水平方向静水压强分布图及压力体图
3．容器内充满了液体,测压管液面如图所示，试绘制图中曲面ABC上的压力体图
题 5–1 题 5 — 2
六、计算题（共4题,计50分)
1。如图所示,平板在水面上作水平运动,速度为v=10cm/s,平板与下部固定底板的距离为δ=1mm，平板带动水流运动速度呈直线分布，水温为20C，试求：作用平板单位面积上的摩擦力。 (10分）
5．等直径长直管道中，液体的温度不变，当流量逐渐增大,管道内的雷诺数Re将逐渐增大。
6．判断明渠水流层流或紊流的临界雷诺数Re的数值是500.
三、判断题(每小题2分,共计12分)
1．水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。（×）
2．只有过水断面上各点流速相等的流动才是均匀流 (×）
3．均匀流与渐变流一定是恒定流，急变流一定是非恒定流。（×）
一、单项选择题（每小题2分，共计10分）
1．过水断面是指（b）
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.
2．已知液体流动的沿程水力摩擦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、紊流粗糙区
3．液体中某点的相对压强值为20kN/m2，则该点的绝对压强值为kN/m2，真空度为。118、0
4．当压力体与受压面在同一侧,铅垂方向的作用力的方向是向.下
三、判断题（每小题3分，共计6分）
1．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.（×）
2．均质连续静止液体内任何一点的测压管水头等于常数。(√）
1．水泵的扬程就是指提水的高程。（×）
2．在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流.（×）
3．在流量和渠道断面形状一定的条件下，水跃的跃后水深随跃前水深的增大而增大。 （×）
4．断面比能沿流程总是减小的。 (×）
5．陡坡渠道中产生均匀流必定是急流。 （√）
四、问答题（每ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ题4分,共计8分）
1．简述明渠均匀流的特征.
解：
4．有一混凝土护面的梯形渠道，底宽b=10 m，正常水深h=3 m,边坡为1:1,底坡i=0。001,糙率n= 0。014。如流动在紊流粗糙区，求谢才系数C和均匀流流量。
解：
5．有一矩形断面混凝土渡槽(n=0.014），底宽b＝1。5m，槽长L＝116。5m。进口处槽底高程▽=52.06m，当通过设计流量Q＝7。65m3/s时，槽中均匀流水深h0=1.7m，试求渡槽出口的底高程▽2？（10分）
2．根据尼古拉兹实验，简单叙述沿程水头损失系数λ在不同流态的变化规律。
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）； 过渡区λ =f2（Re， )；粗糙区λ=f3( ），紊流粗糙区又称为阻力平方区。
五、计算题（共5题，计56分）
1．恒定流时流线与迹线。重合
2．恒定渐变流过水断面动水压强的分布特性为其过水断面上各点的测压管水头近似相等。
3．实际液体在流动时产生水头损失的内因是液体具有粘滞性，外因是边界条件的影响.
4．某种液体流经两根长度相等但粗糙度不同的等直径长直管道，当雷诺数相等时,它们的水头损失在和流态与流区内相等.层流、紊流光滑区
1．定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线.
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。（各渠段均充分长,各段糙率相同）
六、计算题（共6题，计58分）
1．图示用直径d=0.4m的钢筋混凝土虹吸管从河道向灌溉渠道引水，河道水位为120m，灌溉渠道水位118m,虹吸管各段长度为l1=10m，l2=5m，l3=12m，虹吸管进口安装无底阀的滤网（ζ= 2。5），管道有两个60o的折角弯管（ζ=0.55)。（12分）
1．堰、闸出流都属于急变流流，它们的主要区别在于流堰上部没有受到闸门控制，水面是连续的，而闸孔出流受到闸门控制，水面是不连续的,因而过流能力不同.
2．溢流堰的过堰流量与堰顶水头的次方成正比.3/2
3．当堰顶厚度δ=5m，堰为宽顶堰的堰上水头范围是。0。5m＜H＜2m
4．泄水建筑物下游发生远驱水跃,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）。
四、问答题（每小题4分，共计8分)
1．液体的基本特征是什么?
答案：易流动的、不意被压缩的、均匀等向的连续介质。
2．什么是液体的粘滞性？它对液体运动有什么影响？
答案:对于流动的液体，如果液体内部的质点之间存在相对运动，那么液体质点之间也要产生摩擦力来反抗这种相对运动的发生,我们把液体这种相对运动的发生,我们把液体的这种特性称为粘滞性;黏滞性是液体在流动中产生能量损失的根源
求：（1）通过虹吸管的流量。 （2)当虹吸管内最大允许真空值hv=7.0m时，虹吸管最大安装高度。
解:
2．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为多少? (7分）