水力学复习题目

水力学复习题目一、选择题1、根据静水压强的特性，静止液体中同一点各方向的压强（A）A数值相等;B数值不等;C仅水平方向数值相等;D铅直方向数值最大。2、已知水流的沿程水力摩擦系数只与边界粗糙度有关，可判断该水流属于（D）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、液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为（B）A1kN/m2B2kN/m2C5kN/m2D10kN/m24、长管的总水头线与测压管水头线（A）A相重合；B相平行，呈直线；C相平行，呈阶梯状；D以上答案都不对。5、渗流的达西公式只能适用于（A）A恒定均匀层流B恒定均匀紊流C恒定均匀流；D非恒定流。6、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；C1.75～2.0次方关系。7、在平衡液体中，质量力与等压面（C）A重合；B平行；C正交。8、雷诺数是判别下列哪种流态的重要的无量纲数CA急流和缓流；B均匀流和非均匀流；C层流和紊流；D恒定流和非恒定流。9、图示容器中有两种液体，密度21，则A、B两测压管中的液面必为(B)AB管高于A管；BA管高于B管；CAB两管同高。10、盛水容器a和b的测压管水面位置如图(a)、(b)所示，其底部压强分别为pa和pb。若两容器内水深相等，则pa和pb的关系为（A）ApapbBpapbCpa=pbD无法确定二、填空题（在空格中填写正确答案）1．有一明渠均匀流，通过流量smQ/553，底坡0004.0i，则其流量模数K=2750m3/s.2．水泵进口真空计的读数为2/5.24mKNpk，则该处的相对压强水头为–2.5m3．当液流为恒定流流时，流线与迹线重合。4．直径为1m的管道中的水流，其水力半径为0.25m。三、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。2、定性绘出图示曲面AＢＣ上水平方向的分力和铅垂方向压力体。v0=0ABC测压管水头线总水头线v0=03、定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线向。4、绘出图中的受压曲面AB上水平分力的压强分布图和垂直分力的压力体图。AB5、定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。(各渠段均充分长，各段糙率相同)KKii1kii2k四、简答题1．有人说“均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？解：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。v0=0v0=0测压管水头总水头线v0=0v0=02.试述液体静力学的基本方程zpgC及其各项的物理意义。解：物理意义：z:单位重量液体具有的相对于基准面的重力势能，简称位能。pg：单位重量液体具有的压强势能，简称压能。Z+pg:单位重量液体具有的总势能。Z+pg=C：静止液体中各点单位重量液体具有的总势能相等。3.如图所示，一倒置U形管，上部为油，其密度ρoil=800kg/m3，用来测定水管中的A点流速uA，若读数△h=200mm，求该点流速μA。解：根据元流伯努利方程，如图，有：pgpAgABg22ABApp2()ppgghBAoil()=(1-0.8)1098023..=392PaA23921000=0.885m/s答：A点流速为0.885m/s。4.如何判别圆管和非圆管有压流中的流态?解：用临界雷诺数作为流态的判别标准对于管流：若ReRevdvc2300或2000，流动为层流若ReRevdvc2300或2000，流动为紊流对于非圆管道，特征长度为水力半径R，雷诺数RevRv，此时，相应的临界雷诺数为575和500ReRevRvc575或500，流动为层流ReRevRvc575或500，流动为紊流若特征长度取为当量直径，则Rec仍为2300或2000。五、图示圆弧形闸门AB(1/4圆),A点以上的水深H＝1.2m，闸门宽B=4m，圆弧形闸门半径R=1m，水面均为大气压强。确定圆弧形闸门AB上作用的静水总压力及作用方向。解：水平分力Px=pc×Ax=74.48kN铅垂分力Py=γ×V=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。六、图示一跨河倒虹吸圆管，管径d＝0.8m，长l=50m，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，沿程水头损失系数λ=0.024，上下游水位差H=3m。若上下游流速水头忽略不计，求通过倒虹吸管的流量Q。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gvRlhHw2)4(2计算圆管道断面的水力半径和局部水头损失系数9.10.15.022.0,m2.04/dAR将参数代入上式计算，可以求解得到/sm091.2,m/s16.43vAQv即倒虹吸管内通过的流量为2.091m3/s。HROABR七、某水平管路直径d1=7.5cm，末端连接一渐缩喷嘴通大气(如题图)，喷嘴出口直径d2=2.0cm。用压力表测得管路与喷嘴接头处的压强p=49kNm2，管路内流速v1=0.706m/s。求水流对喷嘴的水平作用力F(可取动量校正系数为1)解：列喷嘴进口断面1—1和喷嘴出口断面2—2的连续方程：得喷嘴流量和出口流速为：sm00314.0311AvQsm9.922AQv对于喷嘴建立x方向的动量方程)(1211xxvvQRAp8.187)(3233vvQApRN水流对喷嘴冲击力:F与R,等值反向。八、有一矩形断面混凝土渡槽，糙率n=0.014，底宽b＝1.5m，槽长L＝120m。进口处槽底高程Z1=52.16m，出口槽底高程Z2＝52.04m，当槽中均匀流水深h0=1.7m时，试求渡槽底坡i和通过的流量Q。解：i=（Z1-Z2）/L=0.00155.2bhAm29.42hbxm52.0xARms/m06.6412161RnCv=C(Ri)0.5＝1.46m/sQ=vA=3.72m3/s。d1v1P1x2211R九、如图示管路渐变段，已知管轴线与水平面夹角o30，渐变段长L=10m，渐变段中水体重量G=2KN，进水管直径md2.01，流速smV/11，形心点相对压强水头mp50/1水柱高，出水管直径md1.02，不计水头损失，试求固定段管路所受的作用力xR和yR。解：smVddV/4)/(12212，smAVQ/0314.0311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：gVpzgVpz222222221111取1216.19430sin106.191500222po，得mp23.44/2水柱，即22/5.43323.448.9mKNp而21/490508.9mKNp，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xR和yR，（水流方向为x轴，与水流方向垂直为y轴）x方向大的动量方程：)(30sin112202211VVQRGApApx取121)(30sin122211VVQGApApRox1000/)14(0314.010005.0200785.05.4330314.0490KN9.109.014.393.15y方向的动量方程：030cos0GRyKNGRy73.1866.0230cos0水流对管壁的作用力与xR和yR大小相等，方向相反。十、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mH8，闸门开度me5.2，闸下游水深mht5.4，闸门宽度mb8，（闸门垂向收缩系数625.02，堰流的流量系数34.0m，闸孔出流的流量系数He/18.060.0），不计行进流速，试求：（1）通过水闸的流量；（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。Lxy1122Heht解：（1）由于e/H=2.5/8=0.31250.65，所以为闸孔出流假定为自由出流smgHbeQ/2.13686.195.28)3125.018.06.0(23mehc563.15.2625.02smmbQq/03.17/3mghqhhccc42.5)1563.18.903.1703.1781(2563.1)181(2332由于cthh，所以闸孔为自由出流，假设正确。（2）mgqhk09.38.9/03.171/3232由于kchh，所以出闸水流为急流，又kthh，所以下游河道为缓流则下游水流衔接形式为远驱式水跃要设消能工。一、压强的两种计量基准绝对压强：是以绝对真空状态下的压强（绝对零压强）为基准计量的压强，用表示，总是正值。相对压强：是以当地同高程的大气压强作为零点计量的压强，用p表示，可正可负。二者相差一个大气压强，真空及真空度：当液体某点的绝对压强小于当地大气压强时，该点相对压强为负值，称为负压，或说该点存在真空，大小用表示，例1一铅直矩形闸门，已知h1=1m，h2=2m，宽b=1.5m，求总压力及其作用点。例1：已知：0zyxutyutxu求：t＝0时，A（－1，1）点流线的方程。解：tydytxdx积分：ln(x+t)=-ln(-y+t)+C→(x+t)(-y+t)=C`当t＝0时，x＝－1，y＝1，代入上式得：C`＝1所以，过A（－1，1）点流线的方程为：xy＝－1例2、伯努利方程式的应用实例例2－1:一般水力计算问题有一喷水装置如图示。已知h1＝0.3m，h2＝1.0m，h3＝2.5m，求喷水出口流速，及水流喷射高度h（不计水头损失）。解：①以3－3断面为基准面，列1－1、3－3两断面的能量方程：3200320000hhpphh以2－2断面为基准面，列2－2、4－4两断面的能量方程：gVhhp200024120所以，smhhhhghhgpgV/57.63.05.28.9222212321204②mgVh20.2224例3：水头线（局部损失不计）例4:已知：Q＝0.001m3/s，D＝0.01mHw吸＝1m，hw排＝25m求：H＝？pB＝？N泵＝？解：取1－1、2－2断面列伯努利方程：OmHhzzHw21232)(取1－1、B断面列伯努利方程：WQHNPapsmVVAQhpBwB6.31332001.09800108.9/74.122gV7.0042泵吸例5：动量方程已知：一个水平放置的90º弯管输送水d1＝150mm，d2＝75mmp1＝2.06×105Pa，Q＝0.02m3/s求：水流对弯管的作用力大小和方向（不计水头损失）分析：1－1：p1（√），V1（可求），z1（√）2－2：p2（？），V2（可求），z2（√）解：smdQAQV/132.142111smdQAQV/527.442222取1-1、2-2两断面列伯努利方程2gV2gV222211pp所以，PaVVpp522211210964.12对选取的控制体列动量方程：x方向：)0(111VQRApxy方向：)0(222VQApRy所以，NRNRyx9583663NRRRyx37862266.14xyRRarctg所以，水流对弯管壁的作用力为F的反作用力F`，大小相等，方向相反。第5章孔口、管嘴出流与有压管路例1某水罐1液面高度位于地平面以上z1＝60m，通过分支管把水引向高于地平面z2＝30m