水力学：作业及答案

一、单项选择题 （每小题3分，共计12分） 1．在水力学中，单位质量力是指 （c ）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。

2．在平衡液体中，质量力与等压面 （d ）a 、重合；b 、平行c 、相交；d 、正交。

3．液体只受重力作用，则静止液体中的等压面是 （b ） a 、任意曲面； b 、水平面 c 、斜平面； d 、旋转抛物面。

4．液体中某点的绝对压强为88kN/m 2，则该点的相对压强为 （ b ） a 、10 kN/m 2b 、-10kN/m 2c 、12 kN/m 2d 、-12 kN/m 2二、填空题 （每小题3分，共计12分）1．牛顿内摩擦定律适用的条件是 层流运动 和 牛顿液体 。

2．理想液体的概念是指 。

没有粘滞性的液体3．液体中某点的相对压强值为20kN/m 2，则该点的绝对压强值为 kN/m 2，真空度为 。

118、0 4．当压力体与受压面在同一侧，铅垂方向的作用力的方向是向 。

下 三、判断题 （每小题3分，共计6分）1．作用任意平面上静水总压力的作用点与平面的形心点重合。

（×） 2．均质连续静止液体内任何一点的测压管水头等于常数。

（√） 四、问答题 （每小题4分，共计8分） 1．液体的基本特征是什么？答案：易流动的、不意被压缩的、均匀等向的连续介质。

2．什么是液体的粘滞性？它对液体运动有什么影响？答案：对于流动的液体，如果液体内部的质点之间存在相对运动，那么液体质点之间也要产生摩擦力来反抗这种相对运动的发生，我们把液体这种相对运动的发生，我们把液体的这种特性称为粘滞性；黏滞性是液体在流动中产生能量损失的根源五、作图题（每小题4分，共计12分） 1．试绘制图中AB 面上的静水压强分布图2．试绘制图中曲面ABC 上的水平方向静水压强分布图及压力体图3．容器内充满了液体，测压管液面如图所示，试绘制图中曲面ABC 上的压力体图 六、计算题 （共4题，计50分）1. 如图所示，平板在水面上作水平运动，速度为v=10cm/s ，平板与下部固定底板的距离为δ=1mm ，平板带动水流运动速度呈直线分布，水温为20C ，试求：作用平板单位面积上的摩擦力。

（10分）解:2. 图示为复式比压计，已知油的比重为0.8，水银的比重为13.6，求A ，B 两点的压强差。

（12分） 解:3. 如图所示矩形平板闸门AB 宽b =3m ，门重G =9800N ，α=60，h 1 =1m ，h 2=1。

73m 。

试求：（1）下游无水时启门力T ， （24. 图示为溢流坝上的弧型闸门。

已知2）静水总压力作用点的位置。

（4分）一、单项选择题 （每小题2分，共计1．过水断面是指 （b ）a 、 与流线平行的断面；b 、与流线正交的横断面c 、与流线斜交的横断面；d 、与迹线正交的横断面。

2．已知液体流动的沿程水力摩擦系数λ与边壁粗糙度和雷诺数Re 都有关，即可以判断该液体流动属于（ c ） a 、层流区； b 、紊流光滑区； c 、紊流过渡粗糙区； d 、紊流粗糙区3．有压管道的管径d 与管流水力半径的比值d /R= （b ） a 、8 b 、4 c 、2 d 、1 4．已知突扩前后有压管道的直径之比d 1/d 2 =1：2，则突扩前后断面的雷诺数之比为（a ）a 、2b 、1c 、0.5d 、0.25 5．层流断面流速分布规律符合 ( c )a 、对数分布；b 直线分布；c 、抛物线分布；d 、 椭圆分布 。

二、填空题 （每小题2分，共计12分） 1．恒定流时流线与迹线⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽。

重合2．恒定渐变流过水断面动水压强的分布特性为⎽⎽其过水断面上各点的测压管水头近似相等⎽。

3．实际液体在流动时产生水头损失的内因是⎽液体具有粘滞性⎽，外因是⎽边界条件的影响 。

4．某种液体流经两根长度相等但粗糙度不同的等直径长直管道，当雷诺数相等时，它们的水头损失在⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽和⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽流态与流区内相等。

层流、紊流光滑区5．等直径长直管道中，液体的温度不变，当流量逐渐增大，管道内的雷诺数Re 将逐渐⎽增大⎽。

6．判断明渠水流层流或紊流的临界雷诺数Re 的数值是⎽500⎽。

三、判断题 （每小题2分，共计12分）1．水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。

（×） 2．只有过水断面上各点流速相等的流动才是均匀流 （ × ） 3．均匀流与渐变流一定是恒定流，急变流一定是非恒定流。

（ × ） 4．根据达西公式h f =λgv R l 242，层流沿程水头损失与流速平方成正比。

（×）5．紊流粗糙区的沿程水头损失系数只与雷诺数有关。

（ × ） 6．园管中层流的雷诺数必然大于3000。

( × ) 四、问答题 （每小题5分，共计10分）1．总水头线、测压管水头线的关系和沿程变化的特点是什么？ 答案：均匀的总水头线和测压管水头线是相互平行的直线。

2．根据尼古拉兹实验，简单叙述沿程水头损失系数λ在不同流态的变化规律。

答案：通过尼古拉兹实验可以发现：在层流中λ仅是雷诺数Re 的函数并与Re 成反比；在层流到紊流过渡区，λ仅是Re 的函数；在紊流光滑区λ=f1（Re ）； 过渡区λ =f2（Re ， ）；粗糙区λ=f3（ ），紊流粗糙区又称为阻力平方区。

五、计算题 （共5题，计56分）1．管道直径 d = 10 mm ，通过流量 Q = 20 cm 3/s ，运动粘度ν = 0.0101 cm 2/s 。

问管中水流流态属层流还是紊流？若将直径改为 d = 30 mm ，水温、流量不变，问管中水流属何种流态？2．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 =5 m ，管嘴局部水头损失系数 =0.2，取动能校正系数 =1。

求管嘴的出流速度v 及此射流达到的高度z 。

（ 12分） 解：3．已知如图所示的文丘里管，管路中通过流量Q = 10 l /s ，d 1 =5 cm ， p 1 =78.4 Pa ，如果使2断面产生真空压强为6.37kPa ，问d 2应为多少？（不计水头损失） （12分）解：R∆R ∆4．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h c=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，并与按静水压强分布计算作用于闸门上的作用力相比较。

（12分）Array解：5．有一浆砌块石的矩形断面渠道，宽b = 6m，当Q = 14.0m3/s时，渠中均匀水深h = 2m,糙率n = 0.025，试求500m长渠道中的沿程水头损失。

（12分）解：一、单项选择题（每小题2分，共计6分）1．矩形水力最佳断面的宽深比β= （b ）a、1；b、2；c、3；d、42．在缓坡明渠中不可以发生的流动是（ b ）a、均匀缓流；b、均匀急流；c、非均匀缓流；d、非均匀急流。

3．长管的总水头线与测压管水头线（ a ）a、重合；b、相平行的直线；c、相平行呈阶梯状。

二、填空题（每小题2分，共计10分）1．根据管道水头损失计算方法的不同，管道可以分为⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽和⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽。

长管、短管2．在水击计算中阀门关闭的时间T s<水击相长T r的水击，称为⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽水击，把T s >T r的水击称为⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽水击。

直接、间接3．水流在明渠中的流态为缓流时，其水深h⎽＞⎽h k，弗汝德数Fr⎽＜⎽1。

（填写<、=、>符号）4．a2型水面曲线是发生在⎽⎽陡⎽坡上的⎽⎽⎽缓⎽⎽⎽流（指急流或缓流）的水面线，这时弗汝德数Fr沿程⎽⎽减小⎽（指增大、减小或不变）5．已知底宽为b = 6m的矩形渠道中，临界水深为h k =1.37m，则渠道内通过的流量Q=⎽5.02⎽m3/s。

三、判断题（每小题2分，共计10分）1．水泵的扬程就是指提水的高程。

（×）2．在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。

（×）3．在流量和渠道断面形状一定的条件下，水跃的跃后水深随跃前水深的增大而增大。

（×）4．断面比能沿流程总是减小的。

（×）5．陡坡渠道中产生均匀流必定是急流。

（√）四、问答题（每小题4分，共计8分）1．简述明渠均匀流的特征。

答案：①过流断面的形状、尺寸和水深沿流程不变；②过流断面上的流速和流速分布沿流程不变，所以流速水头沿程不变；③总水头线、测压管水头线（既水面线）和渠底线三者互相平行。

2．判别明渠水流的流态有哪几种方法？答案：①用弗汝德数判别砂；②用微波波速判别；③用临界水深判别；④用临界流速判别。

五、作图题 （共2题，计8分）1．定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。

(各渠段均充分长，各段糙率相同)1．图示用直径d = 0.4m 的钢筋混凝土虹吸管从河道向灌溉渠道引水，河道水位为120m ，灌溉渠道水位118m ，虹吸管各段长度为l 1 = 10m ，l 2 =5m ， l 3 =12m ，虹吸管进口安装无底阀的滤网（ζ= 2.5）,管道有两个60o的折角弯管（ζ=0.55）。

（12分） 求：（1）通过虹吸管的流量。

（2）当虹吸管内最大允许真空值h v =7.0m 时，虹吸管最大安装高度。

解：2．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v 0为多少？ （7分）3．底宽b = 1.5 m 的矩形明渠，通过的流量为Q = 1.5 m 3/s ，已知渠中的水深h = 0.4m ，则该处水流的流态为 解：4．有一混凝土护面的梯形渠道，底宽b =10 m ，正常水深 h = 3 m ，边坡为 1:1，底坡 i =0.001，糙率 n = 0.014。

如流动在紊流粗糙区 ，求谢才系数C 和均匀流流量。

解：5．有一矩形断面混凝土渡槽(n=0.014)，底宽b＝1.5m,槽长L＝116.5m。

进口处槽底高程▽=52.06m，当通过设计流量Q ＝7.65m3/s时，槽中均匀流水深h0=1.7m，试求渡槽出口的底高程▽2？（10分）解：6．在矩形断面水平渠道中设一平板闸门，如图所示，闸门与渠道同为宽度b = 4m，闸孔出流量Q = 12m3/s，闸下收缩断面水深h c =0.4m，产生水跃与下游水流衔接，下游水深h t =1.4m，求跃前水深并判别水跃发生的位置。

（12分）解：Array一、单项选择题（每小题2分，共计6分）1．闸孔出流的流量与闸前水头的（d）成正比。