水力学习题集与答案解析.docx
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水力学习题集与答案解析
水力学练习题及参考答案
一、是非题(正确的划“√”,错误的划“×)
1、理想液体就是不考虑粘滞性的实际不存在的理想化的液体。
(√)
2、图中矩形面板所受静水总压力的作用点与受压面的形心点O重合。
(×)
3、园管中层流的雷诺数必然大于3000。
×
4、明槽水流的急流和缓流是用Fr判别的,当Fr>1为急流。
(√)
5、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。
(×)
6、水流总是从流速大的地方向流速小的地方流动。
(×)
6、达西定律适用于所有的渗流。
(×)
7、闸孔出流的流量与闸前水头的1/2次方成正比。
(√)
…
8、渐变流过水断面上各点的测压管水头都相同。
(√)
9、粘滞性是引起液流运动能量损失的根本原因。
(√)
10、直立平板静水总压力的作用点就是平板的形心。
(×)
11、层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。
√
12、陡坡上出现均匀流必为急流,缓坡上出现均匀流必为缓流。
(√)
13、在作用水头相同的条件下,孔口的流量系数比等直径的管嘴流量系数大。
(×)
14、两条明渠的断面形状、尺寸、糙率和通过的流量完全相等,但底坡不同,因此它们的正常水深不等。
(√)
15、直立平板静水总压力的作用点与平板的形心不重合。
(√)
16、水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。
×
17、水头损失可以区分为沿程水头损失和局部水头损失。
(√)
]
18、牛顿内摩擦定律适用于所有的液体。
(×)
19、静止液体中同一点各方向的静水压强数值相等。
(√)
20、明渠过流断面上各点的流速都是相等的。
×
21、缓坡上可以出现均匀的急流。
(√)
22、静止水体中,某点的真空压强为50kPa,则该点相对压强为-50kPa。
(√)
24、满宁公式只能适用于紊流阻力平方区。
(√)
25、水深相同的静止水面一定是等压面。
(√)
26、恒定流一定是均匀流,层流也一定是均匀流。
(×)
27、紊流光滑区的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。
√
28、陡坡上可以出现均匀的缓流。
(×)
】
29、满宁公式只能适用于紊流阻力平方区。
(√)
30、当明渠均匀流水深大于临界水深,该水流一定是急流。
(×)
31、缓坡上只能出现非均匀流缓流。
(×)
32、静水压强的大小与受压面的方位无关。
(√)
33、水泵的扬程就是指水泵的提水高度。
(×)
34、恒定总流能量方程只适用于整个水流都是渐变流的情况。
(×)
35、平坡渠道中不可能发生均匀流。
(√)
36、当明渠均匀流水深大于临界水深,该水流一定是急流。
(√)
37、水跃只能发生于平底明渠中。
(×)
二、单项选择题(填写唯一正确答案的编号)
1、*
2、作用水头相同时,孔口的过流量要比相同直径的管咀过流量
(2)
(1)大;
(2)小;(3)相同;(4)无法确定。
2、根据静水压强的特性,静止液体中同一点各方向的压强
(1)
(1)数值相等;
(2)数值不等;(3)仅水平方向数值相等;(4)铅直方向数值最大。
3、已知水流的沿程水力摩擦系数只与边界粗糙度有关,可判断该水流属于(4)
1层流区;2紊流光滑区;
3紊流过渡粗糙区;4紊流粗糙区。
4、液体中某点的绝对压强为100kN/m2,则该点的相对压强为
(2)
(1)1kN/m2
(2)2kN/m2
(3)5kN/m2(4)10kN/m2
[
5、紊流的断面流速分布规律符合
(1)
1对数分布;2直线分布;3抛物线分布;4椭圆分布。
6、长管的总水头线与测压管水头线
(1)
(1)相重合;
(2)相平行,呈直线;
(3)相平行,呈阶梯状;(4)以上答案都不对。
7、渗流的达西公式只能适用于
(1)
(1)恒定均匀层流
(2)恒定均匀紊流(3)恒定均匀流;(4)非恒定流。
8、液流的沿程水力摩擦系数与边壁粗糙度和雷诺数都有关,即可判断该液流属(3)
1层流区;2紊流光滑区;
3紊流过渡粗糙区;4紊流粗糙区。
,
9、堰流的流量与堰顶水头的2成正比。
11/2次;23/2次方;32次方;41次方。
10、溢流坝下泄水流收缩断面水深h的跃后水深为h,形成远离水跃衔接的条件是(3)
(1)h=h
(2)h>h(3)h 11、按重力相似准则设计模型,若几何比尺为100,则流速比尺为 (2) (1)100; (2)10;(3)20;(4)50。 12、液体中某点的绝对压强为108kN/m2,则该点的相对压强为(4) (1)1kN/m2 (2)2kN/m2(3)8kN/m2(4)10kN/m2 13、静止液体中同一点沿各方向上的压强 (1) (1)数值相等; (2)数值不等;(3)仅水平方向数值相等。 ] 14、矩形断面明渠水力最佳断面的宽深比β等于 (2) 11;22;33;44。 15、水泵的扬程是指 (2) (1)水泵提水高度; (2)水泵提水高度+吸水管的水头损失; (3)水泵提水高度+吸水管与压水管的水头损失。 16、紊流粗糙区的水头损失与流速成 (2) 1一次方关系;2二次方关系;3~次方关系。 17、在平衡液体中,质量力与等压面(3) (1)重合; (2)平行;(3)正交。 18、雷诺数是判别下列哪种流态的重要的无量纲数3 ( 1急流和缓流;2均匀流和非均匀流; 3层流和紊流;4恒定流和非恒定流。 19、闸孔出流的流量与闸前水头3成正比 11次方;22次方;30.5次方。 20、共轭水深是指 (1) (1)水跃的跃前水深与跃后水深 (2)溢流坝下游水流收缩断面水深 (3)均匀流水深(4)临界水深 21、图示容器中有两种液体,密度>,则A、B两测压管中的液面必为 (2) (1)B管高于A管; (2)A管高于B管;(3)AB两管同高。 … 22、紊流的断面流速分布规律符合 (1) 1对数分布;2椭圆分布; 3抛物线分布;4直线分布。 23平底棱柱形明渠发生水跃,其水跃函数J(h1)与J(h2)的关系是 (1) 1J(h1)=J(h2)2J(h1)>J(h2)3J(h1) 24、盛水容器a和b的测压管水面位置如图(a)、(b)所示,其底部压强分别为p和p。 若两容器内水深相等,则p和p的关系为 (1) (1)p>p (2)p 25、层流断面流速分布规律符合(3) 1对数分布;2直线分布; 《 3抛物线分布;4椭圆分布。 26、佛汝德数Fr是判别下列哪种流态的重要的无量纲数 (1) 1急流和缓流;2均匀流和非均匀流; 3层流和紊流;4恒定流和非恒定流。 27、紊流中粘滞底层厚度比绝对粗糙高度大得多的壁面称为 (1) (1)光滑面2过渡粗糙面(3)粗糙面(4)以上答案均不对 三、填空题(在空格中填写正确答案) 1、水力模型的重力相似准则是模型与原型的佛汝德数相同。 2、明渠的断面和流量不变时,水跃的跃前水深越大,则跃后水深越小。 3、底流式消能工的主要形式有降低护坦、修建消能坎、综合式消能池3种形式。 . 4.测量明槽流量的主要工具有_堰__、__量水槽_。 5、根据管道计算方法的不同,管道可分类为长管和短管。 6、渗流的达西公式是____v=kJ__。 7、测量管道流量的主要仪器有文丘里流量计、涡轮流量计。 8、计算明渠均匀流的公式是 。 9、根据管道中水击波传播时间与阀门关闭时间的对比关系,水击可分类为 (1)直接水击和 (2)间接水击。 10、底流式消力池中产生的水跃,要求是__微淹没___形式的水跃消能率高且稳定。 11、按重力相似准则设计的模型中,几何比尺为64,则流速比尺为8。 12、牛顿内摩擦定律适用条件是牛顿流体,层流运动 % 13、理想液体与实际液体的主要区别是___是否存在液体的拈滞性____________ 14、实际液体在流动时产生水头损失的内因是液体的粘滞性,外因是边界条件的影响。 15、水跃是水流从_急_流过渡到缓流的局部水力现象;当流量一定,跃前水深增大时,则跃后水深是减小。 16、三种液体盛有容器中,如图所示的四条水平面,其中为等压面的是B—B 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 解: 可压缩性是: 当外界的压强发生变化时液体的体积也随之发生改变的特性。 液体可压缩性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.有人说“均匀流一定是恒定流”,这种说法是否正确为什么 解: 这种说法是错误的,均匀流不一定是恒定流。 因均匀流是相对于空间而言,即运动要素沿流程不变,而恒定流是相对于时间而言,即运动要素不随时间而变。 两者判别标准不同。 、 3.什么是相对压强和绝对压强 4。 写出水力半径R的表达式。 5、请分别叙说明渠均匀流水深和临界水深的含义和区别。 6、明渠的底坡可以分为哪些类型 7、如何用临界水深hk与渠道内的水深h来判别明渠水流的流态 $ 8、根据边界条件的不同,水头损失可以分为哪两类 9、试叙述判断明渠水流流态有哪些方法。 10明渠均匀流产生的条件是什么 五、作图题(在题图上绘出正确答案) 1.定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线,并注明曲线名称。 (各渠段均充分长,各段糙率相同)(5分) \ 2、定性绘出图示管道(短管)的总水头线和测压管水头线。 v0=0 3、定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线,并注明曲线名称。 (各渠段均充分长,各段糙率相同,末端有一跌坎)(5分) 4、定性绘出图示曲面ABC上水平方向的分力 和铅垂方向压力体。 (5分) . 5、定性绘出图示管道(短管)的总水头线和测压管水头线向。 v0=0 ! 6、绘出图中的受压曲面AB上水平分力的压强分布图和垂直分力的压力体图。 7、定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线,并注明曲线名称。 (各渠段均充分长,各段糙率相同) ; 六、根据题目要求解答下列各题 1、图示圆弧形闸门AB(1/4圆),A点以上的水深H=1.2m,闸门宽B=4m,圆弧形闸门半径R=1m,水面均为大气压强。 确定圆弧形闸门AB上作用的静水总压力及作用方向。 解: 水平分力Px=pc×Ax= ( 铅垂分力Py=γ×V=, 静水总压力P2=Px2+Py2, P=, tan=Py/Px=∴ =49° 合力作用线通过圆弧形闸门的圆心。 2、图示一跨河倒虹吸圆管,管径d=,长l=50m,两个30折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为ζ=,ζ=,ζ=,沿程水头损失系数λ=,上下游水位差H=3m。 若上下游流速水头忽略不计,求通过倒虹吸管的流量Q。 解: 按短管计算,取下游水面为基准面,对上下游渠道内的计算断面建立能量方程 》 计算圆管道断面的水力半径和局部水头损失系数 将参数代入上式计算,可以求解得到 即倒虹吸管内通过的流量为2.091m3/s。 3、某水平管路直径d1=7.5cm,末端连接一渐缩喷嘴通大气(如题图),喷嘴出口直径d2=2.0cm。 用压力表测得管路与喷嘴接头处的压强p=49kNm,管路内流速v1=0.706m/s。 求水流对喷嘴的水平作用力F(可取动量校正系数为1) 解: 列喷嘴进口断面1—1和喷嘴出口断面2—2的连续方程: # 得喷嘴流量和出口流速为: — 对于喷嘴建立x方向的动量方程 N 水流对喷嘴冲击力: F与R,等值反向。 4、有一矩形断面混凝土渡槽,糙率n=,底宽b=1.5m,槽长L=120m。 进口处槽底高程Z1=52.16m,出口槽底高程Z2=52.04m,当槽中均匀流水深h0=1.7m时,试求渡槽底坡i和通过的流量Q。 解: i=(Z1-Z2)/L= m m m ! v=C(Ri)=1.46m/s Q=vA=3.72m3/s。 5、有一矩形断面混凝土渡槽(n=,底宽b=1.5m,槽长L=116.5m。 进口处槽底高程Z1=52.06m,当通过设计流量Q=7.65m3/s时,槽中均匀流水深h0=1.7m,试求渡槽底坡和出口槽底高程Z2 6、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=5m,短管的总水头损失是短管流速水头的倍,取动能校正系数α=1。 求管嘴的出流速度v及此射流达到的高度z。 ` 7、求图中矩形面板所受静水总压力的大小及作用点位置,已知水深H=2m,板宽B=3m。 8、图示一跨河倒虹吸管,正方形断面,边长b=0.8m,长l=50m,两个30折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为ζ=,ζ=,ζ=,沿程水头损失系数λ=,已知通过流量Q=2.662m3/s。 若上下游的行进流速水头忽略不计,求上下游水位差H。 9、有一水电站引水钢管,管道长度L=2000m,管中水流的流速v=2m/s,管道水击波波速C=1172m/s。 由于管道末端阀门在2秒内完全关闭,产生水击。 试判断水击类型;并求管中水击压强水头ΔH。 10、测定90°弯管的局部水头损失系数的试验装置如 题图所示。 已知试验段AB长10m,管径d=0.05m,弯 管曲率半径R=d,管段沿程水力摩擦系数λ=,实 测AB两端测压管水头差△h=0.63cm,100秒钟流入量水箱的水体体积为0.028m3,试求弯管局部水头损失系数。 ( 11、有一矩形断面混凝土渡槽,糙率n=,底宽b=1.5m,槽长L=120m。 进口处槽底高程Z1=52.16m,出口槽底高程Z2=52.04m,当槽中均匀流水深h0=1.7m时,试求渡槽底坡i和通过的流量Q。 12、某溢流坝下收缩断面处水深hc=1.1m,已知单宽流量q=14.72m2/s,当坝下游水深ht=4.7m时,1)求对应收缩断面处水深hc的跃后水深hc2 2)坝下游发生何种形式的水跃是否需要修建消能工 解: 1)计算临界水深hk,判断收缩断面和下游水流流态, m 因为收缩断面水深hc=1.1mhk为急流,下游水深ht=4.7mhk为缓流, 所以溢流坝下游必定发生水跃。 2)计算收缩断面处水深hc的共軛水深hc2 hc2= < = =5.81m 因为hc2ht,该水跃为远驱水跃。 3)溢流坝下游发生远驱水跃,需要修建消力池。 13、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。 《 14、已知如图所示水平安装的文丘里流量计, 已测得压强 =0.5m, =-0.2m,水管的横 断面积A1=0.002m2,A2=0.001m2,不计水头损失,求通过文丘里流量计的流量Q为多少 15、管道直径d=10mm,通过流量Q=20cm/s,运动粘度=0.0101cm/s。 问管中水流流态属层流还是紊流若将直径改为d=30mm,水温、流量不变,问管中水流属何种流态 【 16、有一水电站引水钢管,管道长度L=2000m,管中水流的流速v=2m/s,管道水击波波速C=1172m/s。 由于管道末端阀门在2秒内完全关闭,产生水击。 试判断水击类型;并求管中水击压强水头ΔH。 17、某矩形断面河道中建筑有一座WES堰型溢流坝,溢流堰宽b=10m,在设计水头 Hd=2.50m时的流量系数为md=,堰高P1=16m。 问: (1)不考虑侧收缩和淹没影响,求通过堰型溢流的流量Q。 (2)若坝下收缩断面处水深hc=0.8m,当坝下游水深ht=3.5m时,坝下游是否发生水跃如发生水跃,属于何种形式的水跃是否需要修建消能工 { 18、有一矩形断面渠道底宽b=1.5m,底坡i=,糙率n=,当槽中均匀流水深h0=1.7m时,试求通过的流量Q。 19、图示一水平放置的弯管,直径D=0.2m,转角α=90°,1-1断面管轴处的动水压强为p1=40kN/m2,2-2断面与大气连通,管中流量为Q=0.1m3/s,求水流通过弯管时对管壁的作用力。 (取动能校正系数和动量修正系数均为1) 】 20、 A 求图中圆弧形闸门AB所受静水总压力的大小及方向。 已知水深H=4m,板宽B=2m。 ( 21、有一浆砌块石的矩形断面渠道,糙率n=,宽b=6m,当Q=14.0m3/s时,渠中均匀水深h=2m,试判断渠道中的明渠水流流态。 22、某矩形断面渠道,通过的流量为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。 ` 23、某矩形断面渠道中建有单孔平板闸门,已知平板闸门的宽度b=6m,闸前水深为H=4m,闸孔流量系数μ=,闸门开度e=0.5m,闸底板与渠底齐平。 (1)不计闸前行进流速水头,按自由出流求过闸流量Q。 (2)若闸下收缩水深hc=0.4m,下游水深ht=2.5m,判断闸下水跃衔接的形式,并确定是否需要修建消力池。 hc 《 24、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: 下游有水时启门力T, 25、有一水平放置的管道(如图)。 管径d1=10cm,d2=5cm。 管中流量Qv=10L/s。 断面1处测管高度H=2m。 不计管道收缩段的水头损失。 取动能与动量校正系数均为1。 求水流作用于收缩段管壁上的力。 26、有一浆砌块石的矩形断面渠道,糙率n=,宽b=5m,当Q=15.0m3/s时,渠中均匀水深h=2m,试判断渠道中的明渠水流流态。 ( 27、有一单孔水闸,平板闸门孔宽=3.0m,闸门开度e=0.5m,闸前水深H=6.0m,闸孔流量系数μ=,闸底板与渠底齐平。 不计闸前行进流速水头,按自由出流求过闸流量Q。 28、水温10C时水流的运动粘滞系数为=0.0131cm/s,水管的直径为10cm,管中流速为100cm/s,试判别水流流态。 ( 29、有一矩形断面渠道均匀流,底宽b=10m,水深h=3m,糙率n=,底坡i=。 如流动在紊流粗糙区,求谢才系数C和流量Q,并判别是急流还是缓流。 30、有一虹吸管(如图)。 已知管径d=10cm,h=1.5m,h=3m,不计水头损失,取动能校正系数α=1。 求断面c-c中心处的压强p。 32、有一单孔水闸,平板闸门孔宽b=3.0m,闸门开度e=0.5m,闸前水深H=6.0m,闸孔流量系数μ=,闸底板与渠底齐平。 不计闸前行进流速水头,按自由出流求过闸流量Q。 33、某单孔WES型实用堰,孔净宽=18.0m,上游堰高P=35m,堰顶水头H=3.2m,已知实用堰的流量系数m=,不考虑侧收缩系数影响。 堰下游收缩断面的水深hc=0.5m,收缩断面的宽为54m,下游水位低于堰顶,下游水深ht=3.5m。 (1)求通过实用堰的流量Q (2)确定堰下游水跃衔接形式,说明堰下游是否需要修建消能设施 (3)如采用底流式消能,消能池中的水跃应达到什么要求 34、图示直径为20mm,长450m的管道自水库取水并泄入大气中,出口比水库水面低13m,已知沿程水头损失系数λ=,进口局部水头损失系数ζ=,求泄流量Q。 (按短管计算) 35、图示左边为一封闭容器,盛有密度1=2=1000kg/m的水,深度h=3m。 容器侧壁装有一测压管,H=0.5m。 右边为敞口盛水容器,水深h=2.2m。 求中间隔板A、B、C三点的压强。 (10分) 36、已知如图所示的文丘里管,管路中通过流量Q=10l/s,d1=5cm,p1=Pa,如果使 断面产生真空压强为,问d2应为多少(不计水头损失)(10分) 37、有一矩形断面渠道,底宽b=1.5m,底坡i=,糙率n=,当槽中均匀流水深h0=1.7m时,试求通过的流量Q,并判别是急流还是缓流。 38、某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。 已知渠宽b=18m,流量Q=265m3/s,坝下收缩断面处水深hc=1.1m当坝下游水深ht=4.7m时,问: (1)、坝下游发生何种形式的水跃 (2)、是否需要修建消能工
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