水力学试卷3及答案

水力学试卷(3)
一、填空题（每空1分，共30分）
1.水力学的研究方法包括( )、( ) 、( ) 。

2. 液体的主要物理性质为（）、（）、（）、（）、（）、（）。

3. 水力学研究的两大基本规律：一是关于液体平衡的规律，即（）；二是关于液体运动的规律，即（）。

4.计算平面上静止液体作用力的两种方法是( ) 、( )。

5. 静止液体中压强的表示方法为（）、（）、（）。

6.描述液体运动的两种方法( ) 、( ) 。

7.液体运动的两种型态( )、( )。

8. 实际液体恒定总流的能量方程的适用条件为（）、（）、（）、（）、（）。

9.有压管路中水击分为( ) 、( ) 。

10.堰根据堰顶宽度和堰上水头的比值可分为( ) 、( )、( ) 。

二、名词解释（每个4分，共20分）
1.经济流速
2.断面比能
3.管网总成本
4.水跃
5.渗流系数
三、简答（每题5分，共20分）
1 什么是水力学？（5分）
2 明渠中水流的流动形态和判别方法分别有哪些？（5分）
3.何为有压管路中的水击？水击的类型有哪些？（5分）
4.简述渗流系数及其确定方法？（5分）
四、计算题（共30分）
1. 有一封闭水箱，箱内的水面至基准面高度z＝2m，水面以下A、B两点的位置高度分别为z A ＝1．0m，z B ＝1．2m，液面压强p 0 ＝105kPa(绝对压强)，如图1所示。

试求：①A、B两点的绝对压强和相对压强；②A、B两点的测压管水头。

（10分）
2.有一沿铅垂直立墙面敷设的弯管（如图2所示），弯头转角为90 O ，起始断面1—1与终止断面2—2间的轴线长度L为4m,两断面中心高差ΔZ为3m，已知1—1断面中心处动水压强p 1 为112.5KP a ，两断面之间水头损失h w 为0.15m，已知管径d为0.25m，试求当管中通过流量Q为0.08m 2 /s时，水流对弯头的作用力。

（20分）
（图1 ）（图 2 ）
水力学试卷(3)答案
一、填空题（每个1分，共30分）
1. 理论方法、实验方法、量纲分析法
2. 惯性、质量与密度，万有引力与重力，粘滞性与粘滞系数，压缩性及压缩率，表面张力，汽化
3. 水静力学，水动力学
4. 解析法、图解法
5. 绝对压强、相对压强、真空度
6. 拉格朗日法、欧拉法
7. 层流、紊流
8. 恒定流，质量力仅为重力，不可压缩液体，渐变流断面，两断面间无分流和汇流9. 直接水击、间接水击10. 薄壁堰、实用堰、宽顶堰
二、名词解释（每个4分，共20分）
1.经济流速－使给水工程的总成本最低的管网流速。

2. 以渠底水平面为基准面所计算的过水断面上单位重量液体所具有的总能量。

3.管网总成本－包括铺设水管的建筑费、泵站建筑费、水塔建筑费及经常抽水的运转费之和。

4.水跃－当明渠恒定非均匀流的流态由急流变为缓流时会出现一种水面突然跃
起的水力现象，称为水跃。

5.渗流系数-渗流单位水力坡度上的流速，是反映土壤渗流特性的一个综合指标，它的大小取决于土壤颗粒的形状、大小、不均匀系数及水温等。

三、简答题（共20分）
1. 水力学是一门技术科学，是力学的一个分支，也是不少专业、特别是水利类专业的一门重要的专业基础课。

它通过研究液体（主要是水）的平衡和机械运动规律及其实际应用，获得分析计算能力和实验技能的基本训练，为解决实际工程问题和为科学研究奠定必要的理论基础。

（5分）
2. 明渠水流的流动形态有缓流、临界流、急流三种。

明渠水流形态的判别方法有流速判别法（包括静水波速v w 判别法和临界流速判别法），< v w 或< v k 为缓流，= v w 或= v k 为临界流> v w 或> v k 为急流；弗劳德数判别法，F r =1临界流，F r 〈1 缓流，F r 〉1 急流；能量判别法（包括动能和势能判别法、比能曲线法、dE/dh判别法），重力和惯性力判别法，临界水深判别法，缓流，临界流，急流；临界底坡判别法，缓流，临界流，急流。

（5分）
3. 当有压管中的流速因某种外界原因而急剧发生变化时，将引起液体内部压强产生迅速交替升降的现象，这种交替升降的压强作用在管壁、阀门或其它管路元件上好像锤击一样，故称为水击。

水击的类型按水击的危害大小分为直接水击和间接水击。

（5分）
4. 渗流系数指渗流单位水力坡度上的流速，是反映土壤渗流特性的一个综合指标，它的大小取决于土壤颗粒的形状、大小，不均匀系数和水温等。

渗流系数的确定方法有：经验法，室内测定法，野外测定法（或现场测定法）。

（5分）
四、计算题（共30分）
1. 解根据题中所给条件，先求压强，再求测压管水头。

•求A、B两点绝对压强．得A点绝对压强
B点绝对压强
(2)求A、B两点相对压强
A点相对压强
B点相对压强
3)求A、B两点测压管水头：根据测压管水头定义，可得A、B两点测压管水头为
2.解：(1)求管中流速：
v=Q/A=4Q/πd 2 =(4×0.08)/(3.14×0.25 2 )=1.63m/s
(2)求2—2断面中心处动水压强p 2
以2—2断面为基准面，对1—1于2—2断面些能量方程为：
Δ Z+p 1 / ρg+αv 2 /2g=0+ p 2 / ρg+αv 2 /2g+h w
将h w =0.15m，p 1 =112.5KP a 代入上式，可求出：
p 2 =140.4KP a
（3）求弯头内水重：
G= ρgV=ρgL πd 2 /4=1.92KN
(4)计算作用于1—1断面于2—2断面上动水总压力为：
F P1 = p 1 πd 2 /4=5.5KN F P2 = p 2 πd 2 /4=6.9K N
(5)对弯头内水流沿X,Y方向分别写动量方程式，受力分析见下面图3所示。

令管壁对水流的反作用力在水平和铅垂方向的分力分别为 F Rx 和F Ry
沿x方向的动量方程为：
ρ Q(0-βv)= F P1 - F Rx 解得：F Rx =5.63KN
沿y方向的动量方程为：
ρ Q(-βv-O)= F P2 -G- F Ry 解得：F Ry =5.11KN
管壁对水流的总作用力为：
F R =（F Rx 2 + F Ry 2 ）1/2 =7.6KN
令总作用力与水平轴之间的夹角为θ
则：θ =arctg( F Ry / F Rx )=42 o 14′
所以水流对管壁的作用力与 F R 的大小相等，方向相反。

（20 分）。