水力学综合练习题.

一、 是非题

你认为正确的在题干后括号内划“√”，反之划“╳”。

1.牛顿内摩擦定律适用于层流运动和牛顿流体。 （ ） 2.根据连续性方程，流速与过流断面面积成正比。 （ ） 3.根据能量方程水流，水流总是从位置高的地方向位置低的地方流动。 （ ） 4.层流一定是均匀流，紊流一定是非均匀流。 （ ） 5.明渠水流的急流和缓流是用佛汝德数Fr判别的，当 Fr＞1时为急流。 （ ） 6.均匀流过水断面上各点的测压管水头都相同。 （ ） 7.明渠水流的断面比能沿流程总是增加的。 （ ） 8.渗流模型中的渗流流速与实际渗流流速相等。 （ ）

二、单项选择题

1.静水中若某点的真空压强是20kPa，则其相对压强是 （ ） （A）118 kPa （B）78 kPa （C）-20 kPa （D）-78 kPa

2.水力最佳断面是 （ ） （A）湿周一定，面积最小的断面， （B）面积一定，通过流量最大的断面， （C）最低造价的断面， （D）最小糙率的断面

3.紊流中粘滞底层厚度  比绝对粗糙度大得多的壁面称为 （ ）

（A）光滑面 （B）过渡粗糙面 （C）粗糙面 （D）以上答案均不对 4.当水流的沿程水头损失系数λ只与边界粗糙度有关，可判断该水流属于 （ ） （A）层流区 （B）紊流光滑区 （C）紊流过渡区 （D）紊流粗糙区5.明渠中发生 a1 型水面曲线，则水流属于 （ ） （A）急流 （B）缓流 （C）均匀流 （D）层流

6.过堰水流的流量Q与堰顶水头H的 （ ） （A） 1/2次方成正比 （B） 3/2次方成正比 （C） 2次方成正比 （D） 1次方成正比

三、问答题

1.什么是液体的可压缩性？什么情况下需要考虑液体的可压缩性？

1

2．简要叙述泄水建筑物下游消能的主要形式有哪几种？它们各自适用的条件是什么？

四、计算题

1.图示圆弧形闸门AB（1/4圆）， A点以上的水深H＝1.4m，闸门宽度b= 4m，圆弧形闸门的半径R=1m，水面为大气压强。试确定圆弧形闸门AB的静水总压力大小及其方向。

2.测定90°弯管的局部水头损失系数的试验装置如图所示。已知试验段 AB 长10 m ，管径d＝

H O R R A B 0.05m，弯管曲率半径R＝d，管段沿程水力摩擦系数λ＝0.02，实测AB管段两端测压管水头差△h＝0.63m，100秒钟流入量水箱的水体体积为0.28m3，试求弯管内的流速、沿程水头损失和局部水头损失系数。

B 水 A Δh 2

3.某矩形断面渠道中有一平板闸门，平板闸门宽b=4m。闸前水深H=3.8m，闸下收缩水深hc=0.7m，已知闸孔通过的流量Q=20m3/s。忽略水流和边界的摩擦阻力，求水流作用于闸门上的作用力，并与按静水压强分布图计算作用于闸门上的作用力相比较。

4.某矩形断面渠道，通过的流量Q=30m3/s，底宽为b=5m，水深为h=1m，判断渠内水流是急流还是缓流？如果是急流，试计算发生水跃的跃后水深是多少。

Hhc参：

一、是非题

1. √ 2. √ 3.× 4. × 5. √ 6. √ 7. × 8. ×

二、单项选择题

1. C 2. B 3. A 4. D 5. B 6. B

三、问答题

1．什么是液体的可压缩性？什么情况下需要考虑液体的可压缩性？

解：液体的可压缩性是指：当外界的压强发生变化时液体的体积也随之而发生改变的特性。液体的可压缩性在一般情况下可以不必考虑，但是当外界压强变化较大，如发生水击现象时必须予以考虑。

2．简要叙述泄水建筑物下游消能的主要形式有哪几种？它们各自适用的条件是什么？

解： 泄水建筑物下游消能的主要形式有底流消能、面流消能、挑流消能和消力戽消能，其中底流消能和挑流消能应用最多。底流消能需要修建消力池，工程量较大，适用地质条件较差的水库泄水建筑物下游和河道闸下游消能；面流消能要求下游水位变幅较小；挑流消能适用地质条件较好的高水头泄水建筑物下游的消能。

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四、计算题

1、图示圆弧形闸门AB（1/4圆）， A点以上的水深H＝1.4m，闸门宽度b= 4m，圆弧形闸门的半径R=1m，水面为大气压强。试确定圆弧形闸门AB的静水总压力大小及其方向。 解：弧形闸门AB在铅垂面的投影面的形心水深为

1.4+0.5=1.9 m

水平分力 Px=pcAx=ρg hc×bR=74.48kN 压力体体积 V=bHR+b×0.25πR2= 8.74m2

铅垂分力 Py=ρgV=85.65kN 静水总压力 P2= Px2+ Py2

P=113.50kN

tan= Py/Px=1.15 ∴ =49° 合力作用线通过圆弧形闸门的圆心。

2、测定90°弯管的局部水头损失系数的试验装置如图所示。已知试验段 AB 长10 m ，管径d＝0.05m，弯管曲率半径R＝d，管段沿程水力摩擦系数λ＝0.02，实测AB管段两端测压管水头差△h＝0.63m，100秒钟流入量水箱的水体体积为0.28m3，试求弯管内的流速、沿程水头损失和局部水头损失系数。

解：（1）先求弯管内的流速： QVAtA0.281.43m/s 20.051004Δh 水 A （2）再求沿程水头损失，由达西公式： l2101.432hf0.020.55m d2g0.0529.8 （3）最后求局部水头损失系数，已知总水头损失： hwhfhjh0.63m ∴hjhhf0.630.550.08m B 29.80.080.77 221.43答：弯管内的流速为1.43m/s，沿程水头损失为0.55m，局部水头损失系数为0.77。

2ghj

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3、某矩形断面渠道中有一平板闸门，平板闸门宽b=4m。闸前水深H=3.8m，闸下收缩水深hc=0.7m，已知闸孔通过的流量Q=20m3/s。忽略水流和边界的摩擦阻力，求水流作用于闸门上的作用力，并与按静水压强分布图计算作用于闸门上的作用力相比较。

Fp1 1 FRx V1 1 V2 Fp2 Hhc解：取控制体计算流速 v1=Q/A1=1.32m/s vc=Q/Ac=7.14m/s

上游断面动水压力 FP1=ρgH12b/2=9.80×3.82×4/2=283.02kN 下游断面动水压力 FP2=ρghc2b/2=9.604kN 列x向动量方程 ∑Fx=ρQ(v2-v1) 即 FP1- FP2-FRx=ρQ(v2-v1)

闸门上的动水压力 FRx= FP1- FP2-ρQ (v2-v1)=157.02kN 按静水压强分布图求作用在闸门上的静水压力 FPx=ρg(H-e)2b/2=1.84kN

可见静水压力后者大于闸门上的动水压力前者。

4、某矩形断面渠道，通过的流量Q=30m3/s，底宽为b=5m，水深为h=1m，判断渠内水流是急流还是缓流？如果是急流，试计算发生水跃的跃后水深是多少。

解： 渠道内的流速 v = Q/A=Q/（bh）= 6m/s

计算佛汝德数 Fr = v/（gh）1/2=6/（9.8×1）1/2 =1.92>1.0 渠道内的水流为急流 水跃的跃前水深h=1m，根据共轭水深计算公式，跃后水深为 hc″=hc （（1+8×F12）1/2-1）/2= 1×（（1+8×1.922）1/2-1）/2=2.26m 即发生水跃所需的跃后水深为2.26m。

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