水力学复习题目.doc

水力学复习题目
一、选择题(填写正确答案的编号

1、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 。
2、已知水流的沿程水力摩擦系数l 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 。
3、液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为 （2）
（1）1 kN/m2 （2）2 kN/m2
（3）5 kN/m2 （4）10 kN/m2
4、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。
5、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 。

6、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) 1.75～2.0次方关系 。
7、在平衡液体中，质量力与等压面 （3）
（1）重合； （2）平行 ； （3）正交。
8、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。

9、图示容器中有两种液体，密度r2 > r1 ，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。

10、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 pa和 pb。若两容器内水深相等，则 pa和pb的关系为 （1）
( 1) pa > pb (2) pa < pb (3) pa = pb (4) 无法确定

二、填空题（在空格中填写正确答案）

1．有一明渠均匀流，通过流量，底坡，则其流量模数K= .
2．水泵进口真空计的读数为，则该处的相对压强水头为 m
3．矩形断面渠道，水深h=1m，单宽流量,则该水流的佛汝德数Fr= 。
4．宽顶堰的总水头H0=2m, 下游水位超过堰顶的高度hs=1.4m，此时堰流为 出流。
5．渗流杜比公式表明，在渐变渗流中过水断面的流速分布为 。
6．已知谢才系数，则沿程阻力系数l= 。
7．当液流为 流时，流线与迹线重合。
8．直径为1m的管道中的水流，其水力半径为 。
填空题
1. 2750m3/s
2. –2.5m
3. 0.32m
4. 自由出流
5. 矩形/或均匀分布
6．0.00784
7.恒定流
8. 0.25m

三、作图题(在题图上绘出正确答案)
1、定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。

v0=0

测 压 管 水 头 线
总 水 头 线
v0=0

2、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)

3、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

v0=0

测压管水头
总水头线
v0=0
v0=0

4、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。

5、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)

四、简答题

1．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。

2. 试述液体静力学的基本方程及其各项的物理意义。
解：物理意义：
z:单位重量液体具有的相对于基准面的重力势能，简称位能。
：单位重量液体具有的压强势能，简称压能。
Z+:单位重量液体具有的总势能。
Z+=C：静止液体中各点单位重量液体具有的总势能相等。

3. 如图所示，一倒置U形管，上部为油，其密度ρoil=800kg/m3，用来测定水管中的A点流速uA，若读数△h=200mm，求该点流速μA。
解：根据元流伯努利方程，如图，有：

=(1-0.8)
=392Pa

=0.885m/s
答：A点流速为0.885m/s。
4. 如何判别圆管和非圆管有压流中的流态?

解：用临界雷诺数作为流态的判别标准
对于管流：
若 或2000，流动为层流
若 或2000，流动为紊流
对于非圆管道，特征长度为水力半径R，雷诺数
，此时，相应的临界雷诺数为575和500
或500，流动为层流
或500，流动为紊流
若特征长度取为当量直径，则仍为2300或2000。

五、

H
R
O
A
B
R
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=74.48kN
铅垂分力 Py=γ×V=85.65kN,
静水总压力 P2= Px2+ Py2,
P=113.50kN,
tana= Py/Px=1.15 ∴　　a=49°
合力作用线通过圆弧形闸门的圆心。

六、

图示一跨河倒虹吸圆管，管径d＝0.8m，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 ζ1=0.2，ζ2=0.5，ζ3=1.0，沿程水头损失系数λ=0.024，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 。

七、

d1
v1
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=49kN/m2，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：
P1

x
2
2
1
1
得喷嘴流量和出口流速为：
R

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。

八、
有一矩形断面混凝土渡槽，糙率n=0.014，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 =0.001
m2
m
m

v=C(Ri)0.5＝1.46m/s
Q= vA=3.72m3/s。

九、

L
x
y
1
1
2
2
如图示管路渐变段，已知管轴线与水平面夹角，渐变段长L=10m，渐变段中水体重量G=2KN，进水管直径，流速，形心点相对压强水头水柱高，出水管直径，不计水头损失，试求固定段管路所受的作用力和。
解：
， （1分）
以过1-1断面中心的水平面为基准面，写出1-1和2-2断面能量方程：
取 （3分）
，
得水柱，即 （2分）
而，
取1-1和2-2断面间水体为脱离体，假设管壁对水体的作用力为和，（水流方向为x轴，与水流方向垂直为y轴）
x方向大的动量方程：
取

（3分）
y方向的动量方程：

（2分）
水流对管壁的作用力与和大小相等，方向相反。 （1分）

十、

在矩形断面河道上，有一单孔的与渠道等宽的泄水闸，已知闸前水深，闸门开度，闸下游水深，闸门宽度，（闸门垂向收缩系数，堰流的流量系数，闸孔出流的流量系数），不计行进流速，试求：
（1） 通过水闸的流量；
H
e
ht
（2） 判断闸下游的水流衔接形式，并判断闸下是否要建消能工。
解：
（1）由于e/H=2.5/8=0.3125<0.65，所以为闸孔出流（1分）
假定为自由出流（1分）
（2分）

由于，所以闸孔为自由出流，假设正确。（2分）
（2）
（1分）
由于，所以出闸水流为急流，又，所以下游河道为缓流 （1分）
则下游水流衔接形式为远驱式水跃（1分）
要设消能工。（1分）

一、 压强的两种计量基准
绝对压强：是以绝对真空状态下的压强（绝对零压强）为基准计量的压强，用表示，总是正值。
相对压强：是以当地同高程的大气压强作为零点计量的压强，用p表示，可正可负。
二者相差一个大气压强，
真空及真空度：当液体某点的绝对压强小于当地大气压强时，该点相对压强为负值，称为负压，或说该点存在真空，大小用表示，

例1 一铅直矩形闸门，已知h1=1m，h2=2m，宽b=1.5m，求总压力及
其作用点。

例1：
已知： 求：t＝0 时，A（－1，1）点流线的方程。
解：
积分：ln(x+t)=-ln(-y+t)+C → (x+t) (-y+t)=C`
当t＝0时，x＝－1，y＝1，代入上式得： C`＝1
所以，过A（－1，1）点流线的方程为：xy＝－1
例2、伯努利方程式的应用实例
例2－1 : 一般水力计算问题
有一喷水装置如图示。已知h1＝0.3m，h2＝1.0m，h3＝2.5m，求喷水出口流速，及水流喷射高度h（不计水头损失）。
解：① 以3－3断面为基准面，列1－1、3－3两断面的能量方程：

以2－2断面为基准面，列2－2、4－4两断面的能量方程：

所以，

②

例3：水头线（局部损失不计）

例4:

已知：Q＝0.001m3/s，D＝0.01m
Hw吸＝1m，hw排＝25m
求：H＝？pB＝？N泵＝？
解：
取1－1、2－2断面列伯努利方程：

取1－1、B断面列伯努利方程：

例5：动量方程

已知：一个水平放置的90º弯管输送水
d1＝150mm，d2＝75mm
p1＝2.06×105Pa，Q＝0.02m3/s
求：水流对弯管的作用力大小和方向（不计水头损失）
分析：
1－1： p1（√）， V1（可求）， z1（√）
2－2： p2（？）， V2（可求）， z2（√）
解：

取1-1、2-2两断面列伯努利方程

所以，
对选取的控制体列动量方程：
x方向：
y方向：
所以，

所以，水流对弯管壁的作用力为F的反作用力F`，大小相等，方向相反。

第5章 孔口、管嘴出流与有压管路
例1
某水罐1液面高度位于地平面以上z1＝60m，通过分支管把水引向高于地平面z2＝30m和z3＝15m的水罐2和水罐3，假设l1=l2=l3=2500m, d1=d2=d3=0.5m, 各管的沿程阻力系数均为λ＝0.04。试求引入每一水罐的流量。

解：取1-1、2-2两液面列伯努利方程：

所以， （1）
取1-1、3-3两液面列伯努利方程：

所以， （2）
又 ð （3）
得 ð

例2

水从封闭水箱上部直径d1=30mm的孔口流至下部，然后经d2=20mm的圆柱行管嘴排向大气中，流动恒定后，水深h1=2m，h2=3m，水箱上的压力计读数为4.9MPa，求流量Q和下水箱水面上的压强p2，设为稳定流。，。

解：经过孔口的流量Q1

经过管嘴的流量Q2

因为稳定流，所以Q1＝Q2
整理得：

例3

所以：