流体力学作业4答案

1作业4答案(第7章、第8章、第9章、第10章)第7章一、选择题1.对于管道无压流，当充满度分别为（B）时，其流量和速度分别达到最大。A.0.5,0.5B.0.95,0.81C.0.81,081D.1.0,1.02.对于a,b,c三种水面线，下列哪些说法是错误（A）（C）A．所有a、c型曲线都是壅水曲线，即0dsdh，水深沿程增大。B．所有b型曲线都是壅水曲线，即0dsdh，水深沿程增大。C．所有a、c型曲线都是降水曲线，即0dsdh，水深沿程减小。D．所有b型曲线都是降水曲线，即0dsdh，水深沿程减小。3.跌水的形成条件是（D）A.从急流过渡到急流B.从急流过渡到缓流C.从缓流过渡到急流D.从缓流过渡到缓流4．水跃的形成条件是（C）A.从急流过渡到急流B.从急流过渡到缓流C.从缓流过渡到急流D.从缓流过渡到缓流5．两段长直的棱柱形渠道，通过的流量相同,（B）A.粗糙系数不同（1n2n），其他参数相同（),,,Qmbn，则0201hhB.底坡不同（21ii），其他参数相同（),,,Qmbi，则0201hhC.底宽不同（21bb），其他参数相同（),,,Qmni，则0201hhD.边坡系数不同（21mm），其他参数相同（),,,Qbni，则0201hh6.一梯形断面渠道，底宽b=2m，边坡系数m=1.0，明渠中的水深h=0.5m,则湿周、水力半径R分别为（D）A.3.414,0.366B.3.5,0.30C.3.414,0.30D.3.5,0.366二、判断题1、缓流一定是均匀流，急流一定不是均匀流。（错误）2、断面单位能量沿程可大、可小，或者不变。（错误）23、明渠中均匀流一定是恒定流。（正确）4、明渠水流，从缓流到急流发生水跃。(正确)5．谈到某水流是临界流、急流、缓流,这是以明渠断面尺寸、流量一定为前题而讲的。（错误）6．明渠水流的测压管水头线不可能沿程上升。（正确）三、简答题1、简述明渠均匀流的水力特征及其形成条件。答:明渠均匀流的水力特征:（1）底坡线，水面线，总线头线三线平行，即pJJi，（2）水深h，过水断面面积A，断面平均流速及断面流速分布沿程不变。明渠均匀流形成条件：①流量恒定。②必须是长直棱柱形渠道，糙率n不变。③底坡i不变。1、简述明渠水流的三种流态及其四个判别方法及标准。答:明渠水流分为缓流、急流、临界流。个判别方法有：①干扰波：波速C=mgh，v=C为临界流，vc为缓流，vc为急流；②弗劳德数：弗劳德数Fr=mghv，Fr=1临界流，Fr〈1缓流，Fr〉1急流；③临界水深kh：khh缓流，khh临界流，khh急流，④临界底坡ki：kii缓流，kii临界流，kii急流。3.写出佛劳德数的表达式，并说明其物理意义。答:弗劳德数Fr=mghv，物理意义是:反映动能与势能之比。4.为什么要引入断面单位能量的概念？答:引入断面单位能量，目的是分析水面曲线的变化规律和建立临界流方程。5.简述明渠恒定非均匀流的水力特征。答:①过水断面面积A，水深h，沿程改变。即)(),(sfAsfh3②底坡线，水面线，总线头线三线不再平行，即pJJi，一、作图题(略)1．下面为长直棱柱形渠道，n不变，试定性绘出可能出现的水面曲线型式。二、计算题1．某输水渠道，沙质土壤，岸边有杂草，糙率系数n=0.025,底坡I=0.002,断面为梯形，边坡系数m=1.0。按水力最优断面设计，通过流量Q=0.8m3/s,试确定其断面尺寸。解:（1）按水力最优断面条件计算宽深比。（2）计算相关水力要素：过流断面积、水力半径。代入流量基本公式解出水深。（3）求出底宽。答案：mb79.0mh65.02．有两段矩形断面渠道相连，通过流量Q=2.8m3/s，底宽b=2m,混凝土衬护，n=0.015,i1=0.012,i2=0.0008。这两段渠道是否为水跃衔接？若是水跃衔接，是何种形式水跃？并定性绘图表示。解:（1）（计算临届水深、临界底坡）判断两矩形断面渠道是急流还是缓流，确定是否为水跃衔接。（答案：是）（2）计算（或查附录C）求正常水深0201,hh，把01h视为跃前水深，求跃后水深''h与02h比较。答案：远驱式水跃第8章一、选择题1．实用断面堰常常设计成真空堰，其目的是（B）（a）减小水流对坝面的冲刷（b）提高过流能力（c）减小空化空蚀（d）节省建筑材料42、小桥过流与（C）具有相同的水力特征。（a）薄壁堰流（b）宽顶堰流（c）实用断面堰流（d）闸孔出流3.宽顶堰形成淹没出流的充分条件是(D)(a)0sh(b)0sh(c)08.0Hhs(d)00.1Hhs4．下述堰的分类哪个正确（A）(a)/H0.67薄壁堰(b)0.67δ/H10.0宽顶堰(c)0.67δ/H2.5实用断面堰(d)/H2.5薄壁堰二、判断题1、只要宽顶堰下游水深超过堰顶，就为淹没出流。（正确）2、小桥过流的淹没出流条件kthh3.1与宽顶堰的淹没出流条件08.0Hhs不同。（正确）3、对于闸孔出流，当闸门开度e与上游水深H之比75.0He时，闸孔出流转化为堰流。（正确）4、对于薄壁堰，在堰宽b、堰高P和堰上水头H相同的情况下，完全堰的过流能力比侧收堰的过流能力大。（正确）三、简答题1.简述堰的三种类型及其共同的水力特征。答:堰分为三种类型:(1)薄壁堰---判别标准67.0H(2)实用断面堰---判别标准5.267.0H(3)宽顶堰---判别标准105.2H共同的水力特征为上游水位壅高过堰时水面跌落。2.堰流基本公式中m，，等系数与哪些因素有关。答:流量系数m与行近流速的大小、表面张力有关。侧收缩系数与堰宽与渠宽的比值（Bb/）有关。3.宽顶堰淹没出流形成的充分必要条件是什么？答:必要条件0sh,充要条件是sh＞0.8H0。四、计算题1、一圆角进口无侧收缩宽顶堰，堰高P1=2.5m，P2=2.0m，堰上水头为0.40m，通过的流量为54m3/s，求宽顶堰的宽度。在不产生淹没出流的情况下，下游水深最大为多少？解:（1）通过计算（HP/1）的值，选取流量系数公式，计算流量系数。（2）求宽顶堰的宽度：mb95.5（3）不产生淹没出流，下游水深mht32.2。2、有一河道，用碎石单层铺砌加固河床，通过的流量20Qm3/s，允许流速5.3vm/s，桥下游水深3.1thm，若90.0，90.0，0.1，允许桥前壅水深度00.2Hm。设计小桥孔径b。解:（1）求桥下临界水深'Kh，判别是自由出流，还是淹没出流。（自由出流）（2）计算桥孔初始值:取(B=6.0m)（3）复算求桥下临界水深'Kh，判别是自由出流，还是淹没出流。（仍为自由出流）（4）计算桥前壅水深度H=1.81mmH0.2'（4）确定桥孔径为6.0m。第9章一、选择题1.渗流雷诺数可定义为（A）A.10RevdB.30RevdC.60Revd2.土壤的渗透系数与以下（B）无关。A．流体的种类B.流体的温度C.土壤的性质D.大气压强3.当不透水层底坡0i，为（A）渗流。A.顺坡B.逆坡C.平坡4.完全井为（D）。A.井深直达不透水层的潜水井；B.井深未达到不透水层的潜水井；C.井深直达不透水层的承压井；D.井深未达到不透水层的承压井。二、判断题1．在渐变渗流中水力坡度线和浸润线重合。（正确）2．渗流模型中渗流流速与实际空隙中的平均流速是相等的。（错误）3．在无压渗流中，重力水的自由表面称为浸润线。（错误）64．达西定律是渗流中最基本的定律，它适用于所有的渗流。（正确）三、简答题1．渗流模型是如何建立的，为什么可以如此建立？答:把包括土颗粒组成的骨架在内的整个空间看做渗流流场,认为流体在该流场作连续流动,用虚拟的流速代替实际流速，称为渗流模型。因为土壤颗粒组成的通道相当复杂，渗流运动要素不便于统计、量测，引入渗流模型概念，即把整个渗流流场看成流体的连续流动，可借用管流、明渠流建立的的概念。2．达西定律与裘皮幼公式的区别和联系。答:渗流达西定律表示为:kJv,而裘皮幼公式可表示为:kJvu,裘皮幼公式表明渐变渗流中平均流速与点流速是相等的，即渗流的过流断面流速分布为矩形。渗流达西定律与裘皮幼公式都适用于渗流层流。四、计算题1．一渠道位于河道的上方（参考图9-6），渠道和河道之间有透水层，相距=200m，渠道右岸水深3.0m，河道左岸水深为4.0m，土层渗透系数=0.001cm2/s，不透水层底坡=0.003，按平面渗流处理，求单宽渠长的渗流量并绘制浸润线。解:参考例题9.1答案：单宽渗流量q0.33scmsl/330/2.绘制浸润线（略）2．如图所示为基坑排水，设4个普通完全井，圆形分布，圆的半径为30m，井径相同为0.2m，含水层厚H=10m，渗透系数=0.02cm/s，椐工程需要，基坑内中心水位降深S3m，假设各井抽水量相同，求总的抽水量。解:此题为井群的水力计算，可直接用公式求解。答案:Q0.0984m3/s。7第10章一、选择题1.重力相似模型中,流速比尺等于几何比尺的(C)次方。A.2B.1.5C.1D.0.52.重力相似模型中,流量比尺等于几何比尺的(A)次方。A.2.5B.2C.1.5D.13.重力相似模型中,时间比尺等于几何比尺的(D)次方。A.2B.1.5C.1D.0.5二、判断题1.凡是正确反映客观规律的物理方程式，必然是一个齐次量纲式。（正确）2.力学相似的必要条件是几何相似，运动相似，动力相似。（正确）三、简答题1.为什么在阻力平方区，雷诺准则自动满足？答:从理论上讲，如同沿程损失一样，在阻力平方区，沿程阻力系数与雷诺数无关，当雷诺数充分大时，粘性可忽略不计，所以，在阻力平方区，雷诺准则自动满足。2.简述弗劳德准数的物理意义。答:弗劳德准数为常数，是指原型的弗劳德准数与模型的弗劳德准数相等，原型与模型量液流相似。四、计算题1.有一单孔WES剖面混凝土溢流坝，已知坝高mpp10，坝上设计水头mHp5,流量系数502.0m，溢流孔净宽mbp8，在长度比尺20l的模型上进行试验，要求计算：（1）设计模型流量；（2）如在模型坝趾测的收缩断面表面流速smucm46.4,计算原型相应流速cpu解：首先计算原型流量、流量比尺、速度比尺。按原型与模型换算关系计算。答案：流量smQm/221.03流速smvm/95.19