云南农业大学水力学期末开卷

水力学模拟试题及答案（一）

2、判断题：（每小题2分）

（1）任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。 （ ） 答案：错误

（2）水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。 （ ） 答案：错误

（3）水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。 （ ） 答案：错误

（4）粘滞性是液体产生水头损失的内因。 （ ） 答案：正确

（5）同样条件下直接水击比间接水击更不安全。 （ ） 答案：正确

（6）在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。 （ ） 答案：错误

（7）矩形断面水力最佳断面的宽深比β=2。 （ ） 答案：正确

（8）断面比能沿流程总是减小的。 （ ） 答案：错误

（9）在流量和渠道断面形式一定的条件下，跃前水深越大，跃后水深也越大。（ ） 答案：错误

（10）渗流达西定律适用的条件是恒定均匀层流渗流，并且无渗透变形。 ( ) 答案：正确

3、填空题：（每小题2 ～ 4分）

（1） 牛顿内摩擦定律适用的条件是 和 。

答案：层流运动，牛顿液体

（2） 液体中某点的绝对压强为

100kN/m2，则该点的相对压kN/m2，真空度为 。 答案：2， 不存在.

（3） 只受重力作用，静止液体中的等压面是。

答案：水平面。

（4） 实际液体在流动时产生水头损失的两个主要原因是，。

答案：液体存在粘滞性和边界的影响。

（5） 水流在明渠中的流态为缓流时，其水深h hk，弗汝德数Fr1。

（填写 、 、符号） 答案： ，  。

（6） 在流量不变的条件下，水跃的跃前水深越小，则水跃的跃后水深越。

答案：大。

（7） 根据管道水头损失计算方法的不同，管道可以分为和。

答案：短管，长管。

1

强为

（8） 在水击计算中阀门关闭的时间Ts  水击相长Tr的水击，称为 水击，把Ts  Tr的水击称为

水击。

答案：直接， 间接。

(9)

a2型水面曲线是发生在 坡上的 流（指急流或缓流）的水面线，这时弗汝德数Fr沿程 （指增大、减小或不变）

答案：陡坡， 缓流， 减小。

(10) 溢流堰的过堰流量与堰顶水头的 次方成正比。

答案：3/2 。

（11） 泄水建筑物下游发生远驱水跃时，下游收缩断面水深hc的共轭水深

hc’’ ht(ht为下游河道的水深，填写 、 、符号) 答案：填写 、 、符号

(12) 按重力相似准则设计的溢流坝水力模型，长度比尺λL=25，当模型中某点的流速为v m= o.8m/s，则原型

中对应点的流速为vp=m/s 。 答案：4m/s 。

5、作图题：

（1） 定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。 (5分)

v0=0 测 压 管 水 头 线 总 水 头 线 v0=0 解： (5分) K（2）定性绘出图示棱柱形明渠内的水面曲线，并注明曲线名称及流态。(各渠段均充分长，各段糙率相同)

i 1iK 2

解： 6、计算题： （1） 图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积为 A=0. m2，长 l =50 m，两个 30。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，沿程水力摩擦系数λ=0.024，上下游水位差 H=3m。求通过的流量 Q ? （ 10分） N1K缓流a1N1缓流b1N3b2急流i 1iKKN3 解： 按短管计算，取下游水面为基准面，对上下游渠道内的计算断面建立能量方程

lv2) Hhw( (5分) 4R2g R计算方形管道断面的水力半径和局部水头损失系数

A0.2m , 0.220.51.01.9

将参数代入上式计算，可以求解得到

v4.16m/s , QvA2.662m/s (5分) 即倒虹吸管内通过的流量为2.662m3/s 。

（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

3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

3

H0000v20.5 (5分) 2g2

求得喷嘴出口流速和流量为 v2 Qv2A20.000314m2g59.9ms

3s (1.5分)

橡胶管道内的流速为 v3

Q0.706m

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18.49 m (1.5分)

A2.11 m (1分) x111 舍齐系数 CR680.90m2/s (2分)

n 水力半径 R通过的流量 Q = AC (R i)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， q = Q/B =265/18 =14.72 m3/sm

4

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的共軛水深hc\"

hcq2(181) hc\"＝32ghc1.114.722(181) ＝5.81m ＝329.81.1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 = j hc\"- ht =1.055.81 – 4.7 = 1.40 m 水力学模拟题2

二、填空题（每空2分，共12分）

1、水力最优矩形断面的宽深比是 ，其水力半径等于 的一半。

2、水的运动粘滞系数随温度的升高而_ _，它的单位是 。 3、紊流时粘性底层厚度随雷诺数的增加而 。 4、明渠均匀流的 和 等物理量沿程不变。

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 ，临界水深将 。 6、由于薄壁堰具有稳定的 和 关系，一般多用于实验室及小河渠的 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） 2、什么是水击？减小水击压强的措施有那些？（5分） 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）

五、计算题（共65分）

1、某有机玻璃矩形断面明渠，底宽b渠道的粗糙系数n值。（10分）

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

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，

i0，i20.05，渠道糙率n0.04，不计闸前行进流速，试判别

闸门局部水头损失系数0.1，两段渠道的底坡分别为：12、一矩形断面渠道，如图所示。已知闸前水深H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）

5

3Q265m/s，坝下收缩断面处水深hc1.1m，当坝下游水b18m 3、某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。已知渠宽，流量

深t

h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）

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）

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）

水力学答案

一、选择题（每小题1分，共5分） 1.B 2.D 3.C 4.B 5.A 二、填空题（每空2分，共12分） 1、 2 ； 水深

2

2、降低；m/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

v22gFr2h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、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、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

6

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

hfp1p2z1z2pp2122v1v212g（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.（10分）

解：过水断面面积Abh0.150.0650.00975m 湿周

2b2h00.1520.0650.28m

RA水力半径

210.009750.0348m0.28

21 2、（10分）

解：c由能量方程得

A0.00975nR3i20.034830.0220.0085Q0.0173

he0.6210.62m

22vvHhccc2g2g则

vc

2g(Hhc)129.8(140.62)15.44m/s10.1

QAcvchcbvc0.62315.4428.72m3/s

hK3

2Q228.7232.11m22gb9.83

临界水深时所对应的个水力要素为：

Kb2hK322.117.22m

1161bhK16132.1116RK()()24.46m0.5/snnK0.047.22 gK9.87.22iK0.03942224.463CKBK cKK，故第二段渠道为陡坡，且综合分析其水面线为由于

3、（15分）

iiqb2型降水曲线，hhK,水流为急流。

解：（1）

Q26514.72m3/smb18

hK3q2314.7222.81mg9.8

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。

7

（2）

hcq20.614.722hc\"(1831)(181)5.81m229.81.13ghc

hthc\"，下游发生远离式水跃。

4、（10分）

9.882Pb51568KN22解：

H8e2.67m33

5、（15分）

解：

按短管计算

H2

c1Ld0.0241500.520.21.01.00.568

QcA2gH0.56841.0229.854.41m3/s

水力学练习题及参 一、是非题(正确的划“√”，错误的划“×)

1、理想液体就是不考虑粘滞性的实际不存在的理想化的液体。 （√） 2、图中矩形面板所受静水总压力的作用点与受压面的形心点 O重合。(×) 3、园管中层流的雷诺数必然大于3000。 × 4、明槽水流的急流和缓流是用Fr判别的，当 Fr＞1为急流。 (√) 5、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。 （×） 6、水流总是从流速大的地方向流速小的地方流动。 （×） 6、达西定律适用于所有的渗流。 （×） 7、闸孔出流的流量与闸前水头的1/2次方成正比。 （√）

8、渐变流过水断面上各点的测压管水头都相同。 (√) 9、粘滞性是引起液流运动能量损失的根本原因。 (√) 10、直立平板静水总压力的作用点就是平板的形心。 （×） 11、层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。 √ 12、陡坡上出现均匀流必为急流，缓坡上出现均匀流必为缓流。 (√) 13、在作用水头相同的条件下，孔口的流量系数比等直径的管嘴流量系数大。 (×)

14、两条明渠的断面形状、尺寸、糙率和通过的流量完全相等，但底坡不同，因此它们的正常水深不等。 (√)

15、直立平板静水总压力的作用点与平板的形心不重合。 （√） 16、水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。 × 17、水头损失可以区分为沿程水头损失和局部水头损失。 (√) 18、牛顿内摩擦定律适用于所有的液体。 (×) 19、静止液体中同一点各方向的静水压强数值相等。 （√） 20、明渠过流断面上各点的流速都是相等的。 × 21、缓坡上可以出现均匀的急流。 (√) 22、静止水体中,某点的真空压强为50kPa，则该点相对压强为-50 kPa。 (√) 24、满宁公式只能适用于紊流阻力平方区。 (√) 25、水深相同的静止水面一定是等压面。 (√) 26、恒定流一定是均匀流，层流也一定是均匀流。 （×） 27、紊流光滑区的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。 √ 28、陡坡上可以出现均匀的缓流。 (×)

8

29、满宁公式只能适用于紊流阻力平方区。 (√) 30、当明渠均匀流水深大于临界水深，该水流一定是急流。 (×) 31、缓坡上只能出现非均匀流缓流。 （×）

32、静水压强的大小与受压面的方位无关。 (√) 33、水泵的扬程就是指水泵的提水高度。 (×) 34、恒定总流能量方程只适用于整个水流都是渐变流的情况。 （×） 35、平坡渠道中不可能发生均匀流。 (√) 36、当明渠均匀流水深大于临界水深，该水流一定是急流。 （√） 37、水跃只能发生于平底明渠中。 (×) 三、填空题(在空格中填写正确答案)

1、水力模型的重力相似准则是 模型与原型的佛汝德数相同 。

2、明渠的断面和流量不变时，水跃的跃前水深越大，则跃后水深越 小 。

3、底流式消能工的主要形式有降低护坦、修建消能坎、综合式消能池3种形式。

4．测量明槽流量的主要工具有_堰__ 、__量水槽_ 。 5、根据管道计算方法的不同，管道可分类为 长管 和 短管 。 6、渗流的达西公式是____v=kJ__。

7、测量管道流量的主要仪器有文丘里流量计、涡轮流量计。 8、 计算明渠均匀流的公式是QACRi。

9、根据管道中水击波传播时间与阀门关闭时间的对比关系，水击可分类为 （1） 直接水击 和 （2） 间接水击 。

10、底流式消力池中产生的水跃，要求是__微淹没___形式的水跃消能率高且稳定。 11、按重力相似准则设计的模型中，几何比尺为，则流速比尺为 8 。 12、牛顿内摩擦定律适用条件是 牛顿流体 ，层流运动

13、理想液体与实际液体的主要区别是___是否存在液体的拈滞性____________

14、实际液体在流动时产生水头损失的内因是 液体的粘滞性 ，外因是 边界条件的影响。

15、水跃是水流从_急_流过渡到 缓 流的局部水力现象；当流量一定，跃前水深增大时，则跃后水深是 减小 。 16、三种液体盛有容器中，如图所示的四条水平面，其中为等压面的是 B—B 1．有一管径d=0.4m 的管道，其糙率n=0.025，则水力半径为 m，其流量模数K= m3/s。 2．静水压强的特性为 、

3．有一溢流堰，堰顶厚度为10m，堰上水头为2m，则该堰流属于 ；堰上总水头H0=2m, 下游水位超过堰顶的高度hs=1.4m，此时堰流为 出流。

4．理想液体与实际液体最主要的区别在于 。

5．渗流达西公式的适用条件为 ，渗流杜比公式与渗流达西公式的区别在于 。

6．已知谢才系数C40m1/2/s，则沿程阻力系数= 。 7．当液流为 流时，流线与迹线重合。

8．正坡明渠渐变水流的水面曲线共 条，而正坡地下河槽中渐变渗流的浸润曲线共 条。 9．描述液体运动的两种方法分别为 、 。 1 0.1m; 1.60.12/31.083m3/s

2 静水压强的方向垂直指向作用面；同一点不同方向上的静水压强大小相等 3 宽顶堰；自由出流

4 理想液体不考虑液体的黏滞性

9

5 层流均匀渗流；达西公式适用于均匀渗流而杜比公式适用与非均匀渐变渗流 6 0.049 7 恒定流 8 8；2

9 拉格朗日法、欧拉法 1．（本小题12分）如图所示，一个封闭水箱，下面有一1/4园柱曲面AB，宽为2m（垂直于纸面方向），半径R=1m，h12m，h23m，计算曲面AB所受静水总压力的大小、方向和作用点。

解：水平分力：

PxghcxAx10009.81.52129400N29.4kN （3’） 垂直分力：

PzgV10009.8(2122 合力：

PPx2Pz229.4223.8237.83kN (2’) 方向：与χ方向的夹角为

P23.806 arctgzarctgarctg0.809739.00 (2’)

Px29.4 作用点距水箱底部距离：

eRsin1sin3900.629m (2’)

2．（本小题10分）有一长度L=10m的有压管道，管径d=0.1m，作用水头H=2.5m，沿程阻力系数λ=0.02，不计行

进流速，管道进口及阀门的局部阻力系数分别为ζ1=0.5、ζ2=1.5。求： （1）阀门全开时管道中通过的流量。

（2）阀门由全开突然关闭时管道中的水击压强水头。（水击波波速为1000m/s）

41)23806.2N23.806kN (3’)

2

解：（1）列水箱断面和出口断面的能量方程（出口断面中心所在平面为基准面），得：

LV2V2V2V2LV2V2H12(121)5 (5’)

d2g2g2g2gD2g2g 所以V2gH/519.62.5/53.13m/s QVA3.13

40.120.02458m3/s (2’)

10

（2）H

a1000V3.13319.4m (3’) g9.84．（本小题10分）已知某平面流动的流函数x2yy3/3，

（1）求出该流动的流速分量ux及uy。

（2）判别是无旋流还是有旋流？若为无旋流，确定其速度势函数。

解：（1）uxx2y2 (2’)

y uy2xy (2’) x1uyux1)(2y2y)0 （2）z(2xy2 所以为无旋流 (3’)

duxdxuydy(x2y2)dx(2xy)dy x3/3y2xC (3’)

5．（本小题10分）已知一矩形渠道糙率n=0.02，底坡i=0.0001，底宽b=4m，在发生均匀流时，过水断面形状满足

水力最优（佳）断面。求：

（1）均匀流时渠道通过的流量； （2）均匀流时佛汝德数及临界水深 解：（1）水力最优断面时，水深h=2m (1’)

Abh42 则水力半径R1m (1’)

xb2h422i1/22/30.00012/3 VR10.5m/s (2’)

n0.02 QVAVbh0.584m3/s (2’)

（2）Fr hc3Vgh0.59.820.113 (2’)

q23(4/4)230.1020.467m ( g9.86．（本小题14分）在矩形断面河道上，有一单孔的与渠道等宽的泄水闸，已知闸前水深H6m，闸门开度e2m，

闸下游水深ht3m，闸门宽度b4m，（闸门垂向收缩系数20.625，堰流的流量系数m0.34，闸孔出流的流量系数0.600.18e/H），不计行进流速，试求： （1）通过水闸的流量（自由出流）；

（2）判断闸下游的水流衔接形式，并判断闸下是否要建消能工。

H e ht

解：（1）0.600.18e/H0.600.182/60.54 （1’） Qbe2gH0.544219.6646.85m3/s (4’)

11

（2）hc2e0.62521.25m (1’) qQ/b46.85/411.71m3/s/m

hc8q21.25811.712 hc(11)(11)4.15m (4’) 3322ghc9.81.254.15mht3m 由于hc 所以是远驱式水跃衔接 (2’) 需设置消能工 (2’)

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