水力学模拟试习题及答案

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（2）从水箱接一橡胶管道及喷嘴(如图)。橡胶管直径D=7.5cm，喷嘴出口直径d=2.0cm。水头H=5.5 m。由水箱至喷嘴的水头损失hw=0.5m。用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强p=4.9N?cm2。如用手握住喷嘴，需要多大的水平力R，行近流速v0=0，取动能校正系数和动量校正系数均为1。（15分）

解：以过喷嘴中心的水平面为基准面，列水箱渐变流断面1—1和喷嘴出口断面2—2的能量方程

2v2H?0?0?0?0??0.5(5分)

2g求得喷嘴出口流速和流量为v2?2g?5?9.9m s

3Q?v2A2?0.000314ms(1.5分) 橡胶管道内的流速为 Q?0.706m v3?sA3 (1分) 对于喷嘴建立x方向的动量方程 p3A3?R???Q(v2x?v3x)R?p3A3??Q(v2?v3)?187.79N(6.5分) 水流对喷嘴冲击力为R???R即为手握喷嘴所需之力。(1分) （3）有一梯形渠道，底宽b=10 m，水深h=3 m，边坡为1:1，糙率n=0.014，底坡i=0.001。如流动在紊流粗糙区，求通过的流量Q。(9分) 解：计算渠道断面水力要素， 过流断面面积A?bh?mh2?39m2(1.5分) 湿周x?b?21?m2h?18.49m(1.5分) 水力半径R?A?2.11m(1分) x1116舍齐系数C?R?80.90m2/s(2分)

n通过的流量Q=AC(Ri)0.5=144.93 m3/s(3分)

（4）某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。已知渠宽B＝18m，流量Q＝265m3/s，坝下收缩断面处水深hc=1.1m，当坝下游水深ht=4.7m时，问：(12分)

1）坝下游是否发生水跃？（4分）

2）如发生水跃，属于何种形式的水跃？（4分）

3)是否需要修建消能工？若需要修建消能工，估算消力池深。（4分） 解：1)计算临界水深hk，判断收缩断面和下游水流流态，

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q=Q/B=265/18=14.72 m3/sm

hk?3?q2214.72?3?2.81m g9.8因为收缩断面水深hc=1.1 m?hk为急流，下游水深ht=4.7m?hk为缓流， 所以溢流坝下游必定发生水跃。

2）计算收缩断面处水深hc的共轭水深hc\

hcq2hc\＝2(1?8gh3?1)

c1.114.722＝2?(1?8?9.8?1.13?1)＝5.81m 因为hc\?ht，该水跃为远驱水跃。 3）溢流坝下游发生远驱水跃，需要修建消力池。 估算消力池深d，取水跃淹没系数?j＝1.05 则池深约为d=?jhc\-ht=1.05?5.81–4.7=1.40 m 水力学模拟题2 。

一、选择题（每小题1分，共5分） 1、明渠均匀流可能发生在：（B） A、平坡棱柱形渠道；B、顺坡棱柱形渠道；C、逆坡棱柱形渠道；D、都有可能。

2、某水库水深为10m处的绝对压强为：（D） A.10kPa；B.98kPa；C.147kPa；D.196kPa。 3、在圆管流中，层流的断面流速分布符合：(C) A、均匀规律；B、直线变化规律；C、抛物线规律；D、对数曲线规律。 4、圆柱形外管嘴的正常工作条件是：（B） A. A.?????????????l?(3～4）d，H0?9m； B. B.?????????????l?(3～4）d，H0?9m； C. C.?????????????l>(3～4)d,H0?9m； D. D.?????????????l<(3～4)d,H0?9m。

5、粘性液体总水头线沿程的变化是：（A）

A.

A.???沿程下降；B.???沿程上升；C.??保持不变；D.??前三种情况都有可能。 1、水力最优矩形断面的宽深比是2，其水力半径等于水深的一半。 2、水的运动粘滞系数随温度的升高而_降低_，它的单位是m2/s。 3、紊流时粘性底层厚度随雷诺数的增加而减小。

4、明渠均匀流的水深和断面平均速度等物理量沿程不变。 二、填空题（每空2分，共12分）

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5、在流量一定，渠道断面的形状、尺寸和壁面粗糙一定时，随底坡的增大，正常水深将减小，临界水深将不变。

6、由于薄壁堰具有稳定的流量和水头关系，一般多用于实验室及小河渠的流量测量。 三、简答题（每小题5分，共18分）

１、试分别说明雷诺数Re，佛汝德数Fr的物理意义及其在水力学中的主要用途？（5分）

：（1）雷诺数Re的物理意义：它表征液流惯性力与粘滞力的对比关系，即Re?v?d/v。在水力学中主要用它

来判别液流的型态是层流还是紊流。佛汝德数Fr的物理意义：它表征液流惯性力与重力两种作用力的对比

v22gFr?2h。关系。其能量意义是表示过水断面单位重量液体平均动能与平均势能之比的二倍开平方，即

在水力学中主要用它判别水流的流态是缓流、临界流或急流。 2、什么是水击？减小水击压强的措施有那些？（5分） 答：压力管道中，由于管中流速突然变化，引起管中压强急剧增高（或降低），从而使管道断面上发生压强交替升降的现象，称为水击。 工程上常常采取以下措施来减小水击压强： （一）延长阀门（或导叶）的启闭时间T （二）缩短压力水管的长度 （三）修建调压室 （四）减小压力管道中的水流流速v0 ?3、“恒定流与非恒定流”，“均匀流与非均匀流”，“渐变流与急变流”是如何定义的？?（8分）

答：（1）沿程水头损失实测装置 ①设备 从水位恒定的水塔引出管道，与需要测量水头损失的新钢管相联，为了便于操作和计算，该管水平放置，两端各开一个测压孔，测压孔直径d?6.0mm左右的测压管，用橡皮管与压差计相连接。测压孔间距L视采用压差计类型和测量精度而定，做到读数准确，误差在5％以内。 在测压孔两端设A、B两个闸阀，控制流量与排气。闸阀距测压孔距离应大于（6～10）d，（d为新钢管直径），避免闸阀后旋涡水流对测压管测流的影响。 在管道出口采用重量法或体积法测量流量。也可在管路上装流量计测量流量。 ②工作原理 水塔水位恒定，当闸门开度一定时，管中通过的流量一定，测出流量。管道直径保持不变，经过管道的水流为有压均匀流，水力坡度与测压管坡度相等，由压差计测出压差经简单换算即得长度为L的管道的沿程水头损失，即 （2）沿程阻力系数?在紊流光滑区的变化规律 大量实验证明，在紊流光滑区，沿程阻力系数?只与雷诺数Re有关，与绝对粗糙度?无关。 五、计算题（共65分） 1、某有机玻璃矩形断面明渠，底宽b?0.15m，水深h?0.065m，渠底坡i?0.02，均匀流时测得流量Q?20L/s，试求渠道的粗糙系数n值。（10分） 解：过水断面面积A?bh?0.15?0.065?0.00975m 湿周??b?2h0?0.15?2?0.065?0.28m

2?水力半径

2、一矩形断面渠道，如图所示。已知闸前水深H?14m，闸门开启高度e?1m，渠道底宽b?3m，闸孔垂直收缩系数??0.62，闸门局部水头损失系数??0.1，两段渠道的底坡分别为：i1?0，

R?A?0.00975?0.0348m0.28

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i2?0.05，渠道糙率n?0.04，不计闸前行进流速，试判别第二段渠道中的水流为缓流或急流？并定性绘出两段渠道中的水面曲线（两段渠道均充分长）。（提示：能量方程求出流量，在求出临界水深以及临界底坡）（15分） 解：hc??e?0.62?1?0.62m 由能量方程得 则

临界水深时所对应的个水力要素为：

由于i?iK，故第二段渠道为陡坡，且综合分析其水面线为b2型降水曲线，h?hK,水流为急流。 ?

33、某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。已知渠宽b?18m，流量Q?265m/s，坝下收缩断面处水深hc?1.1m，当坝下游水深ht?5m时，试（1）判别收缩断面处和坝下游的流态？（2）下游是否需要修建消能工？（15分） Q265q???14.72m3/s?mb18??解：（1） hc?1.1m?hK，ht?5m?hK，收缩断面处为急流，下游水流为缓流，所以溢流坝下游必定发生水跃。

hcq20.614.722hc\?(1?83?1)?(1?8?1)?5.81m3229.8?1.1ghc（2）

ht?hc\，下游发生远离式水跃。 4、如图所示为一平面闸门AB，宽b?5m，闸门在水深H?8m下工作。求闸门所受静水总压力的大小和作用点。（10分） 9.8?82P??b??5?1568KN22解： 5、图示一跨河倒虹吸管，管道直径d?1.0m，管道总长l?50m，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?5m，求通过的流量Q?绘制管道的总水头线和测压管水头线（15分） ?H2解：

按短管计算 水力学答案 一、选择题（每小题1分，共5分） 1.B2.D3.C4.B5.A ?二、填空题（每空2分，共12分） 1、2；水深 2、降低；m2/s 3、减小

4、水深和断面平均速度 5、减小；不变

6、流量和水头；流量

?三、简答题（每小题5分，共18分）

１、答：（1）雷诺数Re的物理意义：它表征液流惯性力与粘滞力的对比关系，即Re?v?d/v。在水力学中主

要用它来判别液流的型态是层流还是紊流。佛汝德数Fr的物理意义：它表征液流惯性力与重力两种作用力的对比关系。其能量意义是表示过水断面单位重量液体平均动能与平均势能之比的二倍开平方，即