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, 1.02. 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： 流量恒定。 必须是长直棱柱形渠道，糙率不变。 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： 干扰波：波速C=，=C为临界流，c为急流； 弗劳德数：弗劳德数Fr=，Fr=1临界流，Fr 1 缓流，Fr1 急流； 临界水深： 缓流，临界流， 急流， 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: 过水断面面积A，水深，沿程改变。即底坡线，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/H 10.0 宽顶堰(c) 0.67/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 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. 0.52. 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. 13. 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7