流体力学作业4 答案.doc

作业4 答案 (第7章、第8章、第9章、第10章)
第7章
一、选择题
1. 对于管道无压流，当充满度分别为（ B ）时，其流量和速度分别达到最大。
A. 0.5, 0.5 B. 0.95, 0.81 C. 0.81, 081 D. 1.0, 1.0
2. 对于a, b, c三种水面线，下列哪些说法是错误（ A ）（ C ）
A．所有a、c型曲线都是壅水曲线，即，水深沿程增大。
B．所有b型曲线都是壅水曲线，即，水深沿程增大。
C．所有a、c型曲线都是降水曲线，即，水深沿程减小。
D．所有b型曲线都是降水曲线，即，水深沿程减小。
3. 跌水的形成条件是（ D ）
A.从急流过渡到急流 B.从急流过渡到缓流
C.从缓流过渡到急流 D.从缓流过渡到缓流
4．水跃的形成条件是（ C ）
A.从急流过渡到急流 B.从急流过渡到缓流
C.从缓流过渡到急流 D.从缓流过渡到缓流
5．两段长直的棱柱形渠道，通过的流量相同,（ B ）
A.粗糙系数不同（ >），其他参数相同（，则
B.底坡不同（），其他参数相同（，则
C.底宽不同（），其他参数相同（，则
D.边坡系数不同（），其他参数相同（，则
6. 一梯形断面渠道，底宽b=2m，边坡系数m=1.0，明渠中的水深h=0.5m, 则湿周、水力半径R分别为（ D ）
A. 3.414, 0.366 B. 3.5, 0.30 C. 3.414, 0.30 D. 3.5, 0.366
二、判断题
1、缓流一定是均匀流，急流一定不是均匀流。 （ 错误 ）
2、断面单位能量沿程可大、可小，或者不变。（ 错误 ）
3、明渠中均匀流一定是恒定流。（ 正确 ）
4、明渠水流，从缓流到急流发生水跃。( 正确 )
5．谈到某水流是临界流、急流、缓流,这是以明渠断面尺寸、流量一定为前题而讲的。 （ 错误 ）
6． 明渠水流的测压管水头线不可能沿程上升。（ 正确 ）
三、简答题
1、简述明渠均匀流的水力特征及其形成条件。
答: 明渠均匀流的水力特征:
（1） 底坡线，水面线，总线头线三线平行，即，
（2）水深，过水断面面积A，断面平均流速及断面流速分布沿程不变。
明渠均匀流形成条件：
① 流量恒定。
② 必须是长直棱柱形渠道，糙率不变。
③ 底坡不变。
1、 简述明渠水流的三种流态及其四个判别方法及标准。
答: 明渠水流分为缓流、急流、临界流。
个判别方法有：
① 干扰波：波速C=，=C为临界流，<c为缓流，>c为急流；
② 弗劳德数：弗劳德数Fr=，Fr=1临界流，Fr〈 1 缓流，Fr〉1 急流；
③ 临界水深： 缓流，临界流， 急流，
④ 临界底坡：缓流，临界流，急流。
3. 写出佛劳德数的表达式，并说明其物理意义。
答: 弗劳德数Fr= ，物理意义是:反映动能与势能之比。
4. 为什么要引入断面单位能量的概念？
答: 引入断面单位能量，目的是分析水面曲线的变化规律和建立临界流方程。
5. 简述明渠恒定非均匀流的水力特征。
答: ①过水断面面积A，水深，沿程改变。即
②底坡线，水面线，总线头线三线不再平行，即，
一、 作图题 (略)
1． 下面为长直棱柱形渠道，n不变，试定性绘出可能出现的水面曲线型式。

二、 计算题
1． 某输水渠道，沙质土壤，岸边有杂草，糙率系数n=0.025, 底坡I=0.002, 断面为梯形，边坡系数m=1.0。 按水力最优断面设计，通过流量Q=0.8m3/s, 试确定其断面尺寸。
解: （1）按水力最优断面条件计算宽深比。
（2）计算相关水力要素：过流断面积、水力半径。代入流量基本公式解出水深。
（3）求出底宽。
答案：
2． 有两段矩形断面渠道相连，通过流量Q=2.8m3/s，底宽b=2m, 混凝土衬护，n=0.015, i1=0.012, i2=0.0008。这两段渠道是否为水跃衔接？若是水跃衔接，是何种形式水跃？并定性绘图表示。
解: （1）（计算临届水深、临界底坡）判断两矩形断面渠道是急流还是缓流，确定是否为水跃衔接。（答案：是）
（2）计算（或查附录C）求正常水深，把视为跃前水深，求跃后水深与比较。
答案：远驱式水跃
第8章
一、 选择题
1．实用断面堰常常设计成真空堰，其目的是（ B ）
（a）减小水流对坝面的冲刷 （b）提高过流能力
（c）减小空化空蚀 （d）节省建筑材料
2、小桥过流与（ C ）具有相同的水力特征。
（a）薄壁堰流 （b）宽顶堰流 （c）实用断面堰流 （d）闸孔出流
3. 宽顶堰形成淹没出流的充分条件是 ( D )
(a) (b) (c) (d)
4．下述堰的分类哪个正确（ A ）
(a)/H >0.67 薄壁堰 (b) 0.67<δ/H <10.0 宽顶堰
(c) 0.67<δ/H <2.5 实用断面堰 (d) /H >2.5 薄壁堰
二、 判断题
1、 只要宽顶堰下游水深超过堰顶，就为淹没出流。（ 正确 ）
2、 小桥过流的淹没出流条件与宽顶堰的淹没出流条件不同。（正确）
3、 对于闸孔出流，当闸门开度与上游水深之比时，闸孔出流转化为堰流。（正确 ）
4、对于薄壁堰，在堰宽b、堰高P和堰上水头H相同的情况下，完全堰的过流能力比侧收堰的过流能力大。（正确 ）
三、 简答题
1. 简述堰的三种类型及其共同的水力特征。
答: 堰分为三种类型:
(1) 薄壁堰---判别标准
(2) 实用断面堰---判别标准
(3) 宽顶堰---判别标准
共同的水力特征为上游水位壅高过堰时水面跌落。
2. 堰流基本公式中，，等系数与哪些因素有关。
答: 流量系数与行近流速的大小、表面张力有关。
侧收缩系数与堰宽与渠宽的比值（）有关。
3. 宽顶堰淹没出流形成的充分必要条件是什么？
答: 必要条件,充要条件是＞0.8H0。
四、 计算题
1、 一圆角进口无侧收缩宽顶堰，堰高P1=2.5m，P2=2.0m，堰上水头为0.40m，通过的流量为4m3/s，求宽顶堰的宽度。在不产生淹没出流的情况下，下游水深最大为多少？
解:（1） 通过计算（）的值，选取流量系数公式，计算流量系数。
（2）求宽顶堰的宽度：
（3）不产生淹没出流，下游水深。
2、 有一河道，用碎石单层铺砌加固河床，通过的流量m3/s，允许流速m/s，桥下游水深m， 若，，，允许桥前壅水深度m。 设计小桥孔径。
解: （1）求桥下临界水深，判别是自由出流，还是淹没出流。（自由出流）
（2）计算桥孔初始值: 取 (B =6.0m )
（3）复算求桥下临界水深，判别是自由出流，还是淹没出流。（仍为自由出流）
（4）计算桥前壅水深度 H =1.81m <
（4）确定桥孔径为6.0 m。
第9章
一、 选择题
1. 渗流雷诺数可定义为（ A ）
A. B. C.
2. 土壤的渗透系数与以下（ B ）无关。
A． 流体的种类 B. 流体的温度 C. 土壤的性质 D. 大气压强
3. 当不透水层底坡，为（ A ）渗流。
A. 顺坡 B. 逆坡 C. 平坡
4. 完全井为（ D ）。
A. 井深直达不透水层的潜水井； B.井深未达到不透水层的潜水井；
C. 井深直达不透水层的承压井 ； D.井深未达到不透水层的承压井。
二、 判断题
1． 在渐变渗流中水力坡度线和浸润线重合。（ 正确 ）
2． 渗流模型中渗流流速与实际空隙中的平均流速是相等的。（ 错误 ）
3． 在无压渗流中，重力水的自由表面称为浸润线。（ 错误 ）
4． 达西定律是渗流中最基本的定律，它适用于所有的渗流。（ 正确 ）
三、 简答题
1． 渗流模型是如何建立的，为什么可以如此建立？
答: 把包括土颗粒组成的骨架在内的整个空间看做渗流流场,认为流体在该流场作连续
流动, 用虚拟的流速代替实际流速，称为渗流模型。
因为土壤颗粒组成的通道相当复杂，渗流运动要素不便于统计、量测，引入渗流模型概念，即把整个渗流流场看成流体的连续流动，可借用管流、明渠流建立的的概念。
2． 达西定律与裘皮幼公式的区别和联系。
答: 渗流达西定律表示为:,而裘皮幼公式可表示为: ,裘皮幼
公式表明渐变渗流中平均流速与点流速是相等的，即渗流的过流断面流速分布为矩形。
渗流达西定律与裘皮幼公式都适用于渗流层流。
四、 计算题
1． 一渠道位于河道的上方（参考图9-6），渠道和河道之间有透水层，相距=200m，渠道右岸水深3.0m，河道左岸水深为4.0m，土层渗透系数=0.001cm/s，不透水层底坡=0.003，按平面渗流处理，求单宽渠长的渗流量并绘制浸润线。
解:参考例题9.1
答案：单宽渗流量0.33.
绘制浸润线（略）
2． 如图所示为基坑排水，设4个普通完全井，圆形分布，圆的半径为30m，井径相同为0.2m，含水层厚H=10m，渗透系数=0.02cm/s，椐工程需要，基坑内中心水位降深S>3m，假设各井抽水量相同，求总的抽水量。

解: 此题为井群的水力计算，可直接用公式求解。
答案:0.0984 m3/s。
第10章
一、选择题
1.重力相似模型中, 流速比尺等于几何比尺的( C )次方 。
A. 2 B. 1.5 C. 1 D.  0.5
2. 重力相似模型中, 流量比尺等于几何比尺的( A )次方 。
A. 2.5 B. 2 C. 1.5 D.  1
3. 重力相似模型中, 时间比尺等于几何比尺的( D )次方 。
A. 2 B. 1.5 C. 1 D.  0.5
二、判断题
1. 凡是正确反映客观规律的物理方程式，必然是一个齐次量纲式。（正确 ）
2. 力学相似的必要条件是几何相似，运动相似，动力相似。（ 正确 ）
三、简答题
1. 为什么在阻力平方区，雷诺准则自动满足？
答: 从理论上讲，如同沿程损失一样，在阻力平方区，沿程阻力系数与雷诺数无关，当雷诺数充分大时，粘性可忽略不计，所以，在阻力平方区，雷诺准则自动满足。
2. 简述弗劳德准数的物理意义。
答: 弗劳德准数为常数，是指原型的弗劳德准数与模型的弗劳德准数相等，原型与模型量液流相似。
四、计算题
1. 有一单孔WES剖面混凝土溢流坝，已知坝高，坝上设计水头,流量系数，溢流孔净宽，在长度比尺的模型上进行试验，要求计算：
（1）设计模型流量；
（2）如在模型坝趾测的收缩断面表面流速,计算原型相应流速
解：首先计算原型流量、流量比尺、速度比尺。按原型与模型换算关系计算。
答案：流量
流速

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