1、水 力 学 复 习 题 1 一、单项选择题（填写唯一正确答案的编号）（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分）1. 下列物理量中，有量纲的数为（ C ）A佛汝德数 Fr B. 沿程阻力系数C渗流系数 k m/day D. 堰流流量系数 m2. 缓坡明渠中的均匀流是（A ）A缓流 B. 急流 C. 临界流 D. 可以是急流或缓流3. 管流的负压区是指测压管水头线（ C ）A在基准面以下的部分 B. 在下游自由水面以下的部分C 在管轴线以下的部分 D. 在基准面以上的部分4. 有两条梯形断面渠道 1 和 2，已知其流量、边坡系数、糙率和底坡相同，但底坡i1i2，则其均匀流水深 h1 和
2、 h2 的关系为（ B ）Ah 1h2 B. h1ic 四、计算题1 （10 分）画出水平方向压强分布图（1 分）；画出垂直方向压力体图（1 分）；水平方向静水总压力： （2 分）)(5.241.89KNAhPcx垂直方向静水总压力： （2 分）(71./3(. Vz 总静水总压力： （1 分）x 3.7.5242与水平方向的夹角： （1 分）oztgPt 5.11距底部 B 点的垂直距离： （2 分）mRe6.0sini2（10 分）以管道轴线为基准面，列测压管断面和处口断面的能量方程：得 （4 分）mhf1/列水箱和出口断面能量方程得， （ ）gV2/235.0所以 V= （5 分）g6.
3、3/（1 分）slsmVAQ/4.8/0.4/105.3（12 分）， （1 分）smd/)/(122AVQ/3.1以过 1-1 断面中心的水平面为基准面，写出 1-1 和 2-2 断面能量方程：取 （3 分）gVpzgVpz2211 12，6.19430sin6.950o得 水柱，即 （2 分）mp4/22/5.38mKNp而 ， 1/8.KN取 1-1 和 2-2 断面间水体为脱离体，假设管壁对水体的作用力为 和 ，（水流方向xRy为 x 轴，与水流方向垂直为 y 轴）x 方向大的动量方程：取)(30sin1221 VQRGApx 12Rox 0/)4(03.5.078.541.49 （3
4、 分）KN9.5y 方向的动量方程： 03cos（2 分）GRy 73.186.2水流对管壁的作用力与 和 大小相等，方向相反。 （1 分）xRy水力学练习 2 及参考答案一、单项选择题 （每小题 2 分，共计 10 分）1、紊流粗糙区的水头损失与流速成 （ b ）a、一次方关系； b、二次方关系； c、1.752.0 次方关系；d、不能确定2、已知液体流动的沿程水头损失系数 与边壁粗糙度和雷诺数 Re 都有关，即可以判断该液体流动属于 （ c ）a、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流粗糙区3、有压管道的管径 d 与管流水力半径的比值 d /R =（ b ）a、8 b、
5、4 c、2 d、1 4、已知突扩前后有压管道的直径之比 d1/d2 =1：2，则突扩前后断面的雷诺数之比为 （ a ）a、2 b、1 c、0.5 d、0.255、层流断面流速分布规律符合 （ c ）a 、对数分布； b 直线分布； c、抛物线分布； d、 椭圆分布 。二、填空题 （每小题 2 分，共计 8 分）1、恒定流时流线与迹线 重合 。2、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 。3、雷诺试验揭示了液体存在_层流_和_紊流 _两种流态，并可用 临界雷诺数 来判别液流的流态。4、在等直径长直管道中，液体的温度不变，当流量逐渐增大，管道内的雷诺数 Re
6、将逐渐 增大 。三、判断题 （每小题 2 分，共计 16 分）1、根据连续性方程，流速与过流断面面积成正比。 （）2、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。 （） 3、只有过水断面上各点流速相等的流动才是均匀流 （） 4、均匀流与渐变流一定是恒定流，急变流一定是非恒定流。 （） 5、判别圆管水流是层流或紊流流态的临界雷诺数 Re 为 2000。 （）6、层流一定是均匀流，紊流一定是非均匀流。 （）7、根据达西公式 hf = ，层流沿程水头损失与流速平方成正比。（）gvRl248、紊流粗糙区的沿程水头损失系数只与雷诺数有关。 （）四、问答题 （每小题 5 分，共计 10 分）1、 有人说“均
7、匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？答：这种说法是错误的，均匀流不一定是恒定流。因均匀流是相对于空间而言，即运动要素沿流程不变，而恒定流是相对于时间而言，即运动要素不随时间而变。两者判别标准不同。2、 根据尼古拉兹实验，简单叙述沿程水头损失系数 在不同流态的变化规律。答：通过尼古拉兹实验可以发现：在层流中 仅是雷诺数 Re 的函数并与 Re 成反比；在层流到紊流过渡区， 仅是 Re 的函数；在紊流光滑区 =f 1（Re ）；过渡区 =f 2（Re，/d ）；粗糙区 =f 3（/d），紊流粗糙区又称为阻力平方区。五、计算题 （共 5 题，计 56 分）1、 管道直径 d = 10 mm
8、，通过流量 Q = 20 cm3/s，运动粘度 = 0.0101 cm2/s。问管中水流流态属层流还是紊流？若将直径改为 d = 30 mm，水温、流量不变，问管中水流属何种流态？ （8 分） 解：（1）运动粘度 = 0.0101 cm 2/s，而管道截面积 A=d 2/4， =Q/A，v则管道流动的雷诺数： )(Re0253=10.103.4=Re 4-3-6 kdQv 管道水流为紊流。（2）管道流动的雷诺数 ，故可知水温、流量不变，管径扩大=RedQv3 倍后的雷诺数 )20(Re84125313)(4= kd将直径改为 d = 30 mm，水温、流量不变，管中水流是层流。 2、图示水箱一
9、侧有一向上开口的短管，箱内水位恒定，水通过管嘴向上喷射。若管嘴出口至水箱水面的高度 h=5 m，管嘴局部水头损失系数 =0.2，取动能校正系数 =1。求管嘴的出流速度 v 及此射流达到的高度 z。 （ 12 分）解：（1）以管嘴出口为基准面，对水面 1 和管嘴出口 2列能量方程，得： 2g+0=+h由 h=5 m，=0.2，=1 得2.g5=9.8.0+98=9.04m/s(2) 以管嘴出口为基准面，管嘴出口 2 和水面 3 列能量方程，得：0+z=2g0+由 =9.04m/s， =1 得 m17.4982.gz3 、 已知如图所示的文丘里管流量计，管的直径 d1 =5cm，d 2=2cm，1
10、 断面与喉管断面的测压管水头差为 h =5cm ，如果文丘里管流量计流量修正系数 =0.98，求管路中通过流量 Q 为多少？（不计水头损失） （12 分）解：计算文丘里管常数： smdgk /014.=)02./5(8940.31=)/(24= 5.242412管路中通过的流量： smQ/3.0.980hk4、某水平管路的直径 d1=7.5cm，管内流速v1=0.70m/s，管路末端接一渐缩喷嘴通入大气（如图）。喷嘴出口直径 d2=2.0cm，用压力表测得管路与喷嘴接头处压强 p=49kN/m2，求水流对喷嘴的水平作用力 F（取动量校正系数为 1） （12分）123解：取管路 1-1 断面和管
11、嘴 2-2 断面为计算断面，根据连续方程得： smvAQ /031.=75.3147.0=d41=221 /6)/5()/( 2122对喷嘴建立 x 方向的动量方程，=1 得：pA1 F=Q(v 2x v1x)F= pA 1 Q(v 2 v1)=49(1/4) 3.140.0752 - 110.0031(2.625-0.7)=0.21KN水流对喷嘴的水平作用力 F 与 F大小相等，方向相反。5、有一浆砌块石的矩形断面渠道，宽 b = 6m，当 Q = 14.0m3/s 时，渠中均匀水深 h = 2m，糙率 n = 0.025，试求 500m 长渠道中的沿程水头损失。 （12 分）解：计算渠道断
12、面水力要素：过流断面面积 A=bh=62=12m2湿周 =b+2h=6+22=10m水力半径 mxAR.1=0sQv/7.124=根据舍齐公式，沿程水头损失： lRnhf 35.0=.1053/423/4四、综合复习题1、选择题：（1）在水力学中，单位质量力是指（ ）答案：ca、单位面积液体受到的质量力；b、单位体积液体受到的质量力；c、单位质量液体受到的质量力；d、单位重量液体受到的质量力。（2）在平衡液体中，质量力与等压面（ ）答案：da、重合； b、平行 c、斜交； d、正交。（3）水力学中的一维流动是指（ ）答案：da、恒定流动； b、均匀流动；c、层流运动； d、运动要素只与一个坐标
13、有关的流动。（4）有压管道的管径 d 与管流水力半径的比值 d /R=（ ）答案：ba、8； b、4； c、2； d、1。（5）同种液体通过两根相同长度，但粗糙高度不同的等直径长直管道，当雷诺数 Rex相同时，它们的水头损失在（ ）内是相同的。答案：a、b、ca、层流； b、层流至紊流过渡区； c、紊流光滑区；d、紊流过渡区； e、紊流粗糙区（6）在缓坡明渠中不可能发生的流动是（ ）答案：a、c、da、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。2、判断题：（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。（
14、 ）答案：错误（3）在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。（ ）答案：错误（4）矩形断面水力最佳断面的宽深比 =2。（ ）答案：正确（5）明槽水流的断面比能沿流程总是减小的。（ ）答案：错误3、问答题：（1）什么是理想液体？为什么要引入理想液体的概念？答案：理想液体是指没有粘滞性的液体。实际液体都具有粘滞性，在液体流动中引起能量损失，给分析液体运动带来很大困难。为了简化液体运动的讨论，引入了理想液体的概念，分析其运动规律，再考虑粘滞性加以修正，可以得到实际水流运动规律，这是水力学中重要的研究方法。（2）简述尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数 的变化规律。答案：通过尼古拉兹实验发现：在层流中 仅是雷诺数
15、 Re 的函数并与 Re 成反比；在层流到紊流过渡区， 仅是 Re 的函数；在紊流光滑区 =f 1（Re），过渡区= f2（Re ， ），粗糙区 =f3（ ），紊流粗糙区又称阻力平方区。（3）从力学意义上解释明渠均匀流只能在正坡渠道中产生的原因。答案：均匀流的断面平均流速水头和压强水头沿程不变，但水流运动总要消耗能量，因此从能量方程来分析，只能消耗位能克服水流阻力。所以均匀流只能产生在正坡渠道中。（4）在渗流计算中达西定律与杜比公式有何区别？答案：达西定律适用于任一点的渗流流速 u=kJ，其适用于恒定均匀层流渗流；而杜比公式是适用于恒定非均匀渐变层流渗流，同一过水断面上各点的渗流流速都相等且等
16、于 v= kJ。4、作图题：定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称及流态。(各渠段均充分长，各段糙率相同) 。RR解：5、计算题：1图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积 A=0.64 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 1=0.2， 2=0.5， 3=1.0，沿程水头损失系数 =0.024，上下游水位差 H=3m。求通过的流量 Q。解： HhlRvgw()42Ax019.m ,/s/s3vqvA1662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=5.5M。由水箱至喷嘴的水头损失 hw
17、=0.5m。用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强 p=4.9Ncm2。如用手握住喷嘴，需要多大 的水平力 R ，行近流速 v0=0，取动能校正系数均为 1。解：列水箱渐变流断面 1A1 和喷嘴出口断面 2A 2 能量方程Hvg0052.vg259.msvA32074.ms列 X 向动量方程N79.18)(3233vApRQx水流对喷嘴冲击力 即为手握喷嘴所需之力。 R) 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 ，求流量 Q。解： m2 Abh239m x185.R.Cn016/s12Q=A.
18、C.(RJ)0.5=145.1 m3/s 练 习 31. 恒定总流能量方程：z 1+p1/g+ 1v12/2g= z 2+p2/g+ 2v22/2g+h w各项的物理含义：z 1、z 2 为 1、2 过流断面上选定点相对于选定基准面的高程。p1、p 2 为 1、2 过流断面上的相对压强或绝对压强v1、v 2 为 1、2 过流断面上的平均流速 1、 2 为 1、2 过流断面上的动能修正系数hw 为 1、2 两断面间的单位重量流体的能量损失。2. 沿程损失和局部损失沿程损失是由于流体流动过程中，沿程存在着剪切阻力。克服沿程阻力引起的能量损失称为沿程损失。局部损失是在边壁尺寸急剧变化的流动区域，由于尾流区、旋涡区的出现，使局部流动区出现较集中的局部阻力，克服这种局部阻力引起的能量损失称为局部损失。Riv
