水力学与桥涵水文带答案.docx

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1、水力学与桥涵水文带答案水力学模拟试题及答案 1、选择题： 在水力学中，单位质量力是指 a、单位面积液体受到的质量力；b、单位体积液体受到的质量力； c、单位质量液体受到的质量力；d、单位重量液体受到的质量力。 答案：c 在平衡液体中，质量力与等压面 a、重合； b、平行 c、相交； d、正交。 答案：d 液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为 a、1 kN/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m2 答案：b 水力学中的一维流动是指 a、恒定流动； b、均匀流动； c、层流运动； d、运动要素只与一个坐标有关的流动。 答案：d 有压管道的管径d与管流

2、水力半径的比值d /R= a、8； b、4； c、2； d、1。 答案：b 已知液体流动的沿程水力摩擦系数l与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于 a、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流粗糙区 答案： c 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 a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m 答案：c 在明渠中不可以发生的流动是 a、恒定均匀流； b、恒定非均匀流； c、非恒定均匀流； d、非恒定非均匀流。 答案：c 在缓坡明渠中不可以发生的

3、流动是。 a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。 答案：b 底宽b=1.5m的矩形明渠，通过的流量Q =1.5m3/s，已知渠中某处水深h = 0.4m，则该处水流的流态为 a、 缓流； b、急流； c、临界流； 1 答案：b 闸孔出流的流量Q与闸前水头的H成正比。 a、1次方 b、2次方 c、3/2次方 d、1/2次方 答案：d 渗流研究的对象是的运动规律。 a、重力水； b、毛细水； c、气态水； d、薄膜水。 答案：a 测量水槽中某点水流流速的仪器有 a、文丘里计 b、毕托管 c、测压管 d、薄壁堰 答案：b 按重力相似准则设计的水力学模型，长度比尺L=100

4、，模型中水深为0.1米，则原型中对应点水深为和流量比尺为 a、 1米，Q =1000； b、10米，Q =100； c、1米，Q =100000； d、10米， 答案：d 2、判断题： 任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。 答案：错误 水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。 答案：错误 水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。 答案：错误 粘滞性是液体产生水头损失的内因。 答案：正确 同样条件下直接水击比间接水击更不安全。 答案：正确 在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。 答案：错误 矩形断面水力最佳断面的宽深比=2。 答案：正确 断面比能沿流程总是减小的。 答案：错误 在流量和渠

5、道断面形式一定的条件下，跃前水深越大，跃后水深也越大。 答案：错误 渗流达西定律适用的条件是恒定均匀层流渗流，并且无渗透变形。 ( ) 答案：正确 3、填空题： 牛顿内摩擦定律适用的条件是 和 。 2 Q=100000。 答案：层流运动，牛顿液体 液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为 _kN/m2，真空度为 。 答案：2， 不存在. 只受重力作用，静止液体中的等压面是_。 答案：水平面。 实际液体在流动时产生水头损失的两个主要原因是_，_。 答案：液体存在粘滞性和边界的影响。 水流在明渠中的流态为缓流时，其水深h_ hk，弗汝德数Fr_1。 答案： ， 。 在流量不变的条

6、件下，水跃的跃前水深越小，则水跃的跃后水深越_。 答案：大。 根据管道水头损失计算方法的不同，管道可以分为_和_。 答案：短管，长管。 在水击计算中阀门关闭的时间Ts Tr的水击称为_水击。 答案：直接， 间接。 (9) a2型水面曲线是发生在_ 坡上的 _流的水面线，这时弗汝德数Fr沿程 _ 答案：陡坡， 缓流， 减小。 (10) 溢流堰的过堰流量与堰顶水头的_ 次方成正比。 答案：3/2 。 泄水建筑物下游发生远驱水跃时，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) 答案：填写符号 (12) 按重力相似准则设计的溢流坝水力模型，长度比尺L=25，当模型中某

7、点的流速为v m= o.8m/s，则原型中对应点的流速为vp=_m/s 。 答案：4m/s 。 4、问答题： 什么是理想液体？为什么要引入理想液体的概念？ 答案：理想液体是指没有粘滞性的液体。 实际液体都具有粘滞性，在液体流动时会引起能量损失，给分析液体运动带来很大困难。为了简化液体运动的讨论，我们引入了理想液体的概念，忽略液体的粘滞性，分析其运动规律，然后再考虑粘滞性影响进行修正，可以得到实际水流的运动规律，用以解决实际工程问题。这是水力学重要的研究方法。 “均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？ 3 答案：这种说法错误的。均匀是相对于空间分布而言，恒定是相对于时间而言。当流量不变

8、通过一变直径管道时，虽然是恒定流，但它不是均匀流。 简述尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数的变化规律。 答案：通过尼古拉兹实验可以发现：在层流中仅是雷诺数Re的函数并与Re成反D比；在层流到紊流过渡区，仅是Re的函数；在紊流光滑区=f1； 过渡区DR=f2；粗糙区=f3，紊流粗糙区又称为阻力平方区。 R为什么舍齐公式 R i 只适用于阻力平方区？ v = C答案：舍齐公式是根据明渠均匀流的大量观察资料总结的公式，自然界中明渠水流几乎都处于紊流阻力平方区，因此该公式只适用于紊流阻力平方区。 流动相似的含义是什么？ 答案：流动相似包括几何相似、运动相似和动力相似。其中几何相似是前提，动力相似是保证，才

9、能实现流动相似。 从力学意义上解释明渠均匀流只能在正坡渠道中产生的原因。 答案：均匀流的断面平均流速水头和压强水头沿程不变，但水流运动总要消耗能量，因此从能量方程来分析，只能消耗位能来克服水流阻力。所以均匀流只能产生在正坡渠道中。 分析水面曲线时，如何寻找急流和缓流的控制断面？ 答案：急流的控制断面在上游，因为外界对急流的干扰不能向上游传播；缓流的控制断面在下游，其原因与急流正好相反。 在渗流计算中达西定律与杜比公式有何区别？ 答案：达西定律适用于任一点的渗流流速u=kJ，其适用于恒定均匀层流渗流；而杜比公式是适用于恒定非均匀渐变层流渗流，同一过水断面上各点的渗流流速都相等且等于v= kJ。

10、5、作图题： 定性绘出图示管道的总水头线和测压管水头线。 (5分) v0=0 测 压 管 水 头 线 总 水 头 线 v0=0 解： 4 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) (5分) Ki 1iKi 2iK解： N1K缓流a1N1缓流b1N3b2急流i 1iKi 2iKKN36、计算题： 图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积为 A=0.64 m2，长 l =50 m，两个 30。折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为1=0.2，2=0.5，3=1.0，沿程水力摩擦系数=0.024，上下游水位差 H=3m。求通过的流量 Q ? 解： 按短管

11、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 lv2 H=hw=(l (5分) +x)4R2g计算方形管道断面的水力半径和局部水头损失系数 A R=0.2m , x=0.22+0.5+1.0=1.9 c 将参数代入上式计算，可以求解得到 v=4.16m/s , Q=vA=2.662m3/s (5分) 即倒虹吸管内通过的流量为2.662m3/s 。 5 从水箱接一橡胶管道及喷嘴(如图)。橡胶管直径D=7.5cm，喷嘴出口直径d=2.0cm。水头H =5.5 m。由水箱至喷嘴的水头损失hw = 0.5m。用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强p = 4.9N/cm2。如用手握住喷嘴

12、，需要多大的水平力R，行近流速v0=0，取动能校正系数和动量校正系数均为1。 解：以过喷嘴中心的水平面为基准面，列水箱渐变流断面11和喷嘴出口断面22的能量方程 2v2+0.5 (5分) H+0+0=0+0+2g求得喷嘴出口流速和流量为 v2=2g5=9.9m sm3 Q=v2A2=0.000314 (1.5分) s橡胶管道内的流速为 Q v3= (1分) =0.70m6 sA3对于喷嘴建立x方向的动量方程 p3A3-R=brQ(v2x-v3x) R=p3A3-rQ(v2-v3)=187.79N (6.5分) 水流对喷嘴冲击力为 R=-R 即为手握喷嘴所需之力。 (1分) 有一梯形渠道，底宽

13、b =10 m，水深 h = 3 m，边坡为 1:1，糙率 n = 0.014，底坡i=0.001。如流动在紊流粗糙区 ，求通过的流量Q。 (9分) 解：计算渠道断面水力要素， 过流断面面积 A=bh+mh2=39m2 (1.5分) 6 湿周 x=b+21+m2h=18.49 m (1.5分) A=2.11 m (1分) x111 舍齐系数 C=R6=80.90m2/s (2分) n通过的流量 Q = AC (R i)0.5 = 144.93 m3/s (3分) 水力半径 R= 某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。已知渠宽B18m，流量Q265m3/s，坝下收缩断面处水深hc=1.1m，当坝下游水深

14、ht=4.7m时，问： ( 12分) 1）坝下游是否发生水跃？ 2）如发生水跃，属于何种形式的水跃？ 3) 是否需要修建消能工？若需要修建消能工，估算消力池深。 解：1)计算临界水深hk，判断收缩断面和下游水流流态， q = Q/B =265/18 =14.72 m3/sm hk=3aq2214.72=3=2.81m g9.8因为收缩断面水深 hc =1.1 m hk 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hc hcq2hc2(1+8gh3-1) c1.114.7222(1+89.81.13-1) 5.81m 因为 hc ht ，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。 估算消力池深d，取水跃淹没系数 sj 1.05 则池深约为 d = sj hc- ht =1.0535.81 4.7 = 1.40 m 7