1、中国农业大学水利与土木工程学院 水力学 导师 复习题 第 1 页 共 33 页 目 录 目 录 . 1 复习题一 . 2 答案 . 3 复习题二 . 6 答案 . 8 复习题三 . 12 答案 . 14 复习题四 . 17 复习题五 . 22 答案 . 26 复习题六 . 28 答案 . 30 中国农业大学水利与土木工程学院 水力学 导师 复习题 第 2 页 共 33 页 复习题一 一、 填空题 （每题分，共分） 1 输水管道在流量和温度一定时，随着管径的减小，水流的雷诺数就（ ） 加大 减小 不变 不定 2管道中水流为紊流时，过水断面流速分布符合（ ） 均匀分布规律 直线分布规律 抛物线分布
2、规律 对数曲线分布规律 3.液体的 是产生水流能量损失的根源。 4.静水中，某点压强与受压面的关系是（ ） 垂直指向受压面 垂直背向受压面 平行于受压面 倾斜指向受压面 二、简答题 （每题分，共分） 1.简述判别层流和紊流的方法。 2.列举两种判别缓流和急流的方法。 3.请写出闸孔出流的流量公式，并注明式中各参数的含义。 三、计算题 （共分） 1如图所示测压装置，已知水柱高度 z 1.0m， hv 1.5m。若不计倒 U 形 管内空气重量，求 A 点的绝对压强、相对压强及真空压强。 pa hv 2.用如图所示闸门挡水。闸门高度 a 5m，门宽 b 3m,闸前水深 H 4m。试求闸门上静水总压力
3、的大小、方向及作用点。 H 3. 设水泵的安装高度为 hs，吸水管管径 d 150mm，流量为 30L/s，水泵进水口处允许真空压强 pv66.64Kpa（ 0.68 个工程大气压），吸水管水头损失为 1.0m。求水泵的安装高度。 hs 中国农业大学水利与土木工程学院 水力学 导师 复习题 第 3 页 共 33 页 4. 用一直径 d 0.3m 的铸铁虹吸管，将上游明渠中的水输送到下游明渠，如图所示。已知上下游渠道的水位差为 2.5m，虹吸管顶端中心线距上游水面的安装高度 hs 4.0m，允许真空度采用 hv 7.0m。试确定虹吸管输水流量。（管路流量系数 c 0.348） 5.有一矩形断面的
4、棱柱体渠道，底宽 b 2m，底坡 i 0.001，采用糙率 n 0.025，渠中产生均匀流时水深h0 0.6m。试求通过渠道的流量。 6.某 WES 实用堰，坝高 P=P1=8m,流量系数 m=0.502，当通过设计单宽流量 q=6.15m3/s.m 时，收缩水深hc=0.51m,下游水位为 26.31m，河道断面近似矩形，坝与河道等宽，无侧向收缩，其它数据如图示 ,求（ 1）水 头 H; （ 2）判别坝下游是否需要进行消能设计 ? V0= 0 P 26.31 P1 23.0 c 23.0 答案 一、 一、 填空题 （每题分，共分） 1. 加大 2. 对数曲线分布规律 3. 粘滞性 4. 垂直
5、指向受压面 中国农业大学水利与土木工程学院 水力学 导师 复习题 第 4 页 共 33 页 二、简答题 （每题分，共分） 1.答：若为管道中水流，先由公式 vdRe 计算出雷诺数，如果 Re Rek 2320，则为层流，否则为紊流； 若为渠道中水流，先由公式 vRRe计算出雷诺数，如果 Re Rek 580，则为层流，否则为紊流 .。 2.答： 用弗如德数判别： hv ， 1 为急流； 用临界水深判别： 为缓流， =为临界流， 为急流。 3.答： 闸孔出流的流量公式 02gHbeQ 式中 为流量系数； b 为一孔净宽；为闸孔开度； g 为重力加速度； H0 为堰上游总水头。 二、 二、 计算题
6、 （共分） 1. 1. 如图所示测压装置，已知水柱高度 z 1.0m， hv 1.5m。若不计倒 U 形管内空气重量，求 A 点的绝对压强、相对压强及真空压强。 解： A绝p =- hv+ z=9.8（ -1.5+1） =-4.9KPa A绝p =98-4.9=93.1KPa A真p =4.9KPa 2.解：静水总压力的大小 P= hcA=9.8 (4/2) 3 4=235.2KN 方向垂直指向受压面 作用点位置距闸门底缘距离 e=4/3=1.33m. 3.解： hs=vp-( whgv 222), 222 15.014.3 03.044dQv 1.699m/s hs=6.8-( 16.196
7、99.12 .0) =5.653m 4.解： 虹吸管输水流量： smgzdgzAQ c/1722.0490246.05.26.19)3.0(4348.024348.023225. 解： RiACQ ， 20 2.16.02 mbhA ， mhb 2.32.122 0 mAR 3 7 5.02.3 2.1 , 6161 )3 7 5.0(0 2 5.0 11 RnC 33.96 sm/21 smQ /7 8 9.00 0 1.03 7 5.096.332.1 3 中国农业大学水利与土木工程学院 水力学 导师 复习题 第 5 页 共 33 页 6. 解：（ 1）由 2302 HgmbQ s =1.
8、0, s =1.0 得 :32)2( gm qH = m6 0 3.4)6.195 0 2.015.6( 32 （ 2） 1812 32ccc hg qhh 64.3151.08.9 15.681251.0 32 m， 所以 th 26.31 23 3.31m ch =3.64m，下游发生远离式水跃 , 需要进行消能设计。 7 解 ： 由 hk mgq 01.18.9106.313232 知 闸 前 水 深 h1 4m h0 3m hk 1.01m，该渠道的底坡为缓坡，产生的水面线为 a1 型壅水曲线。 计算流段长 计算 sss EEE , 21 下游断面 A1 bh1 10 4 40（ 2m
9、 ） 1v )/(79.0406.311 smAQ )(0 3 2.48.9279.0142 221111 mgvhE s 上游断面 A2 bh2 10 3.8 38（ 2m ） )/(83.038 6.3122 smAQv )(8 3 5.38.92 83.018.32 222222 mgvhE s 则两断面的断面比能差 )(197.0835.3032.421 mEEE sss 计算平均水力坡降 J RCvJJJ 2221 ),(21 下游断面 )(1842102 11 mhb )(22.21840111 mAR 69.4522.2025.011 616111 RnCsm/21 0 0 0
10、1 3 4 7.022.269.4579.0 2 2121211 RC vJ 中国农业大学水利与土木工程学院 水力学 导师 复习题 第 6 页 共 33 页 上游断面 )(6.178.32102 222 mhb )(16.26.1738222 mAR smRnC /48.4516.20 2 5.011 21616122 0001 542.016.248.45 83.0 2 2222222 RCvJ平均水力坡度 0 0 0 1 4 4 5.0)0 0 0 1 5 4 2.00 0 0 1 3 4 7.0(21)(21 21 JJJ 计算流段长度 )(8 8 1.1 2 6 60 0 0 1 4
11、4 5.00 0 0 3.0 1 9 7.0 mJi El s 复习题二 一、 填空题 （每题 2分，共 10分） 1、液体的 _是产生水流机械能损失的主要原因。 2、某矩形明渠的底宽 b=2m, 水深 h=1m，它的水力半径 R=_m。 3、同一种连续的平衡液体中等压面是 .（ ） 水平面 倾斜平面 曲面 等水深面 4、某点 压强与受压面的关系是 _ （ 1）垂直指向受压面 （ 2）垂直背向受压面 （ 3）平行于受压面 （ 4）倾斜指向受压面 5、恒定总流的三大方程是指 _ （ 1）能量、连续方程 （ 2）能量、动量方程 （ 3）连续、动量方程 （ 4）连续、能量、动量方程 二、简答题 （每
12、题 5分，共 20分） 1、佛汝德数 r 的物理意义是什么？它在水力学中的主要作用是什么？ 2、什么叫总水头线和测压管水头线？什么是水力坡度和测压管坡度？ 3、输水管的流量，水温一定，随管径加大，雷诺数如何变化？为什么？ 中国农业大学水利与土木工程学院 水力学 导师 复习题 第 7 页 共 33 页 4、试列举五种方法判别明渠水流的三种流态？ 三、判断题 （每题 1分，共 5分）（对的打，错的打） 1、静止液体有粘滞性，所以有水头损失。 （ ） 2、陡坡上一定产生急流。 （ ） 3、堰的应用过程中，通常流量系数 dmm 。 （ ） 4、前提条件相同，采用实用堰的过流能力大于宽顶堰。 （ ） 5
13、、挖深式消力池的出口是宽顶堰，而消力坎式消力池的出口是折线型实用堰。（ ） 四、计算题 （ 65 分） 1、如图所示，已知： Z=1m, h=2m,求 A 点的相对压强，绝对压强和真空压强 （ 10 分） 2、平板闸门两边有水， h1=2m， h2=1m，闸门宽 b=5m。试求作用于闸门上的静水总压力 P，并用力矩定理，求作用点 D 距闸门底端的距离 e。（ 10 分） h1 h2 3、水由封闭容器沿垂直变直径管道流入下面水池，已知容器内表面 压强 Po=20kPa,且液面保持不变，若管径 d1=50mm,d2=75mm，容器内液面与下水池水面高差为 1m,不计沿程水头损失，计算（ 1）管道的
14、流量 ; （ 2）距水池液面 h=0.5m 处的管道内 B 点压强。（已知局部水损系数分别为：进口 =0.5,出口 =1.0,扩大 =0.309,缩小 =0.278） 中国农业大学水利与土木工程学院 水力学 导师 复习题 第 8 页 共 33 页 4、一矩形水槽底宽 b=50m，过流量 Q=500m3/s，渠道糙率 n=0.01。求（ 1）临界水深？（ 2）临界底坡？（ 3）若渠道水深 h=10m，要求用三种不同的方法判别水流是急流或是缓流。（ 25 分） 5、有一环山的渠道断面如图所示，水流近似为均匀流，靠山一边的边坡系数 m=0.5（岩石较好， n1=0.0275），另一边为浆砌块石边墙
15、n2=0.025，底为混凝土浇筑， n3=0.014，底坡 i=0.002，求水深 h=1.5m 时的过水能力？（ 10 分） 1.5答案 一、 一、填空题： 1. 粘滞性 2.0.5 米 3.水平面； 4. 垂直指向受压面； 5. 连续、能量、动量方程。 中国农业大学水利与土木工程学院 水力学 导师 复习题 第 9 页 共 33 页 二、 二、问答题： 1.答：佛汝德数 hgvhgvFr 222，物理意义是：反映过水断面上单位重量液体所具有的平均动能 gv22和平均势能 h 的比值。 它在水力学中的主要作用是判别流态：当 Fr 1，为缓流； Fr=1,为临界流； Fr 1,为急流。 2.答：
16、连接各断面的总水头（ gvpZH 2 2 ）得到的线，即总水头线；连接各断面的 测压管水头（ pZ ）得到的线，即为测压管水头线。 水力坡度就是总水头线的坡度，用 J 表示， ldHldhJ w ;测压管水头线的坡度即测压管坡度，用 Jp表示， dl pZdJp )/( 3.答：输水管流量，水 温一定，随管径加大，雷诺数变小；因为 dQdQdvd 44/Re2 , Q 一定，水温一定，运动粘滞性系数 也一定，故管径 d 加大，雷诺数变小。 4.对于明渠非均匀流，可用临界水深 kh ，佛汝德数 Fr ,临界流速 kv 判别流态： 缓流时： h kh ， Fr 1， v kv ； 临界流时： h
17、= kh ， Fr =1， v =kv ； 急流时： h kh ， Fr 1， v kv 。 对于明渠均匀流，可用正常水深与临界水深及临界底坡 ki 与底坡关系判别： 缓流时： 0h kh ， i ki 临界流时： 0h = kh ， i =ki 急流时： 0h kh ， i ki 三、 三、判断题： 1. 2. 3. 4. 5. 四、 四、计算题 1.解： A 点相对压强 k P ahzzhp A 8.9)21(8.9)( 绝对压强 k P appp AaA 2.888.998 绝 真空压强 kPapp AA 8.9| 真 2. 用解析法求 P 中国农业大学水利与土木工程学院 水力学 导师
18、复习题 第 10 页 共 33 页 KNbhhAhP c 98528.92121 211111 mhe 3231 11 =0.67m 2P = 22Ahc = KNbh 5.24518.92121 222 mhe 3131 22 =0.33m KNPPP 5.735.249821 由力矩定理求 e : 2211 ePeP = eP mPePePe 778.05.73 315.2432982211 3.解：（ 1）管道的流量：不计 fh 相对压强 kPap 200 ， mp 04.28.9200 作用水头： mPZZ 04.304.21 0 管道的流量： Q= 2gZAC 6 9 2 2.012
19、 7 8.03 0 9.05.0 11 C32211 109 6 3.14 05.014.34 dA 2m sLsmQ /5.10/0105.004.38.9210963.16922.0 33 （ 2） B 点压强： smdQAQB /38.20 7 5.014.3 0 1 0 5.044 2222 smAQ /34.5109 6 3.1 0 1 0 5.0 311 写 B B 与 2 2 能量方程： ggpZ BBB 2)(002 212 出缩小 k P ap B 56.10)8.9238.25.0(8.92 35.5)1278.0(8.9 22 4.解： (1)临界水深 kh =3 2gq 取 0.1 50500 bQq =10 msm /3
