水力学综合练习题

水力学综合练习题

一、是非题

你认为正确的在题干后括号内划“√”，反之划“╳”。

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。（）

二、单项选择题

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

三、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？

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Array么？

四、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。

2.测定90°弯管的局部水头损失系数的试验装置如图所示。已知试验段AB 长10 m，管径d＝0.05m，弯管曲率半径R＝d，管段沿程水力摩擦系数λ＝0.0264，实测AB管段两端测压管水头差△h＝0.63m，100秒钟流入量水箱的水体体积为0.28m3，试求弯管内的流速、沿程水头损失和局部水头损失系数。

3.

下收缩水深h c=0.7m，

4.某矩形断面渠道，通过的流量Q=30m3/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。

参考答案：

一、是非题

1.√

2.√

3.×

4.×

5.√

6.√

7.×

8.×

二、单项选择题

1. C

2. B

3. A

4. D

5. B

6. B

三、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？

解：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？

解：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。

四、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×0.25πR2= 8.74m2

铅垂分力P y=ρgV=85.65kN

静水总压力P2= P x2+ P y2

P=113.50kN

tanα= P y/P x=1.15 ∴α=49°

合力作用线通过圆弧形闸门的圆心。

2、测定90

径R＝d

体积为0.28m3，

解：（1

s m tA

V A Q /43.14

05.010028

.02

=⨯⨯

===

πυ （2）再求沿程水头损失，由达西公式：

m g d l h f 55.08

.9243.105.0100264.022

2=⨯⨯⨯==υλ

（3）最后求局部水头损失系数，已知总水头损失： m h h h h j f w 63.0=∆=+=

∴m h h h f j 08.055.063.0=-=-∆=

77.043

.108

.08.9222

2

=⨯⨯=

=

υζj

gh 答：弯管内的流速为s m /43.1，沿程水头损失为m 55.0，局部水头损失系数为0.77。

3、某矩形断面渠道中有一平板闸门，平板闸门宽b =4m 。闸前水深H =3.8m ，闸下收缩水深h c =0.7m ，已知闸孔通过的流量Q =20m 3/s 。忽略水流和边界的摩擦阻力，求水流作用于闸门上的作用力，并与按静水压强分布图计算作用于闸门上的作用力相比较。

解：取控制体计算流速 v 1=Q/A 1=1.32m/s v c =Q /A c =7.14m/s

上游断面动水压力 F P 1=ρg H 12b /2=9.80×3.82×4/2=283.02kN 下游断面动水压力 F P 2=ρg h c 2b /2=9.604kN 列x 向动量方程 ∑Fx =ρQ (v 2-v 1) 即 F P 1- F P 2-Rx F =ρQ (v 2-v 1)

闸门上的动水压力 Rx F = F P 1- F P 2-ρQ (v 2-v 1)=157.02kN 按静水压强分布图求作用在闸门上的静水压力 Px F =ρg (H-e )2b /2=164.84kN

可见静水压力后者大于闸门上的动水压力前者。

4、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