2013A天津大学期末考试卷A答案

天津大学试卷专用纸学院专业班年级学号姓名共4页第1页2013--2014学年第1学期期末考试试卷《水力学》课程（共4页A卷）考试时间：2013年12月31日题号一二三四五六七八成绩核分人签字得分一、填空题（共10分，每空1分）1、运动流体所占据的空间称为流场。2、密闭容器内液面下某点绝对压强为50kPa，当地大气压强为98kPa，则该点的相对压强p=-48kPa，真空压强pv=48kPa。3、描述流体运动的方法有欧拉法和拉格朗日法。4、以堰顶宽度划分堰的分类，有薄壁堰、宽顶堰和实用断面堰。5、明渠中断面比能随水深变化规律dEs/dh0，则该水流流态为急流，其水深hhk。二、判断题（共10分，每题1分）1、连续介质假定适用于所有静止和运动的流体。（×）2、流体的表面力包括流体内部剖面上的力。（√）3、均匀管流过流断面上测压管水头呈线性分布。（×）4、流体动水压强在各方向上相等。（√）5、作用水头相同时，孔口的过流量要比相同直径的管嘴过流量大。（×）6、当闸门相对开度大于1时，闸孔出流转化为堰顶出流。（×）7、长管的总水头线与测压管水头线重合。（√）8、明渠圆管流水深最大时流速和流量均达到最大值。（×）9、在管流中，层流断面流速分布与紊流断面流速分布相比均匀的多。（×）10、渗流所研究的是土体孔隙中的重力水。（√）三、选择题（共10分，每题1分）1、流体粘滞力与流层间（A）无关。A、压力B、速度差C、接触面积D、流体种类2、渗流的临界雷诺数是（C）。A、2B、5C、8D、103、明渠中急流的判别条件是（D）。A、cvB、cvC、1FrD、Kii4、正方形非圆道管的当量直径是边长的（B）。A、2倍B、1倍C、3倍D、0.5倍5、模型试验的自模区在（C）。A、层流区B、水力光滑C、阻力平方区D、紊流过渡区6、管嘴正常出流的条件之一是（B）。A、mH90B、mH90C、dl4D、dl37、一段直径不变管道的流速从2m/s增加到4m/s时，在水流都处于紊流粗糙区时，沿程水损失是原来的（A）倍。A、4；B、2；C、2；D、18、弗汝德数体现了哪两种力的对比关系（B）。A、质量力和重力B、惯性力和重力C、惯性力和粘滞力D、重力和粘滞力9、明渠均匀流的形成条件之一是（D）。A、非棱柱形渠道B、平坡渠道C、逆坡渠道D、棱柱形渠道10、普通完全井是（C）不透水层。A、穿过一层B、穿过多层C、深达上层D、深度不到四、简答题（共10分，每题5分）1、明渠均匀流具有哪些水力特征，指出哪一特征与动力平衡相关。（5分）答：（1）过流断面面积、水深沿程不变。（2）过流断面平均流速、过流断面上流速分布沿程不变。（3）底坡线、总能头线、水面线三线平行，即：i=J=JP。（4）水体的重力沿水流方向的分力等于阻碍水流运动的摩阻力。第（4）点与动力平衡相关。天津大学试卷专用纸学院专业班年级学号姓名共4页第2页2、已知流速分量为zyvx32，xzvy32，yxvz32，判断流动是否存在，是否为有旋流动。（5分）答：因为0zvyvxvzyx，所以流动存在。因为21)23(21)(21zvyvyzx，所以流动存在。21)23(21)(21xvzvzxy21)23(21)(21yvxvxyz所以是有旋流动。五、作图题（共10分，每图5分）1、定性绘出图管道（短管）的总水头线和测压管水头线。（5分）2、水面线从急流变化为缓流，标志出所给底坡与临界底坡的关系，绘制棱柱形渠道明渠恒定均匀来流在底坡变化时的K-K线、N-N线，若上游水深为h，下游为h，共轭水深为h，并标出上下游水深的关系与水面变化形式的名称。（5分）六、计算题（共50分，每题10分）（常用常数选值，14.3，2/8.9smg，水体密度3/1000mkg，水银密度3/13600mkg，水流动力粘滞系数sPa310137.1，结果在常用标准单位下保留三位有效数字）1、已知宽度为mb2的平板水闸AB，B为铰链，闸门o45拉起，上游水深mh21，清水水体密度为31/1000mkg；下游水深mh12，浑水水体密度为32/1200mkg；求：（1）画出AB上的压强分布图，对关键部位进行标注；（2）求出闸门的液体总压力和作用点位置；（3）求垂直方向的拉T。（10分）Thh12AB解：（1）静压强分布如图。题1图（2）总力NhhbgbhghbhghP332222112122221111210108.3810)2.14(28.9)(222作用点对B取矩（沿闸门方向）33323223113122222111112101043.4410)2.18(8.9)(322322hhgbhbhghhbhghlP所以ml145.18.38/43.44（3）拉力与总力对B取矩10ThlP，所以kNhlPT215.2221043.4421012天津大学试卷专用纸学院专业班年级学号姓名共4页第3页2、一直立突然扩大水管，已知cmd151，cmd302，mh5.1，动能修正系数121，求：（1）水银比压计中那一面液面较高（用面向图时的左右说明）；（2）当水银比压计液面高差为cmh0.1时，求流量Q。（10分）解：（1）列1-1,2-2能量方程题2图gvAAgvgpgvgph2)1(222221222222111其中，2211AvAv，121，4212212ddAA，则214vv，0262221gvgpph2断面测压管水头较大，U型管水银液面右端较高。（2）cmh0.1时，等压面hgghppH1；hgpp2。hgghppH)(21代入能量方程gvhH2622，则smhgvH/642.001.08.9316.13312smdvQ/0454.043.014.3642.04222223、溢流坝上游断面水深为mh5.11，下游水深为mh6.02，过坝水头损失为gvhj25.021坝宽为mb0.2。求：（1）过坝流量Q；（2）坝上的水平作用力R。（10分）题3图解：（1）列1-1,2-2能量方程jhgvhgvh2222222111其中，gvhj25.021，2211AvAv，121则：125.2vv，)15.05.2(222121gvhh，smhhgv/752.175.58.929.075.5)(2211smbhvQ/255.525.1752.1311smv/379.42（2）应用动量方程，设R为1v流动方向)(112221212121vvQRbghbgh，其中，121则：kNbghbghvvQR713.410)522.18809.13(10)]6.05.1(8.9752.1)15.2(255.5[)(3322212121211122方向向左，与1v流向相反。天津大学试卷专用纸学院专业班年级学号姓名共4页第4页4、有一梯形断面渠道，已知边坡系数为2.1m，渠道底坡为0004.0i，糙率系数为025.0n；渠底宽为mb0.1，水深为mh2.1。求（1）过流面积A、湿周、水力半径R、用曼宁公式求谢才系数C；（2）流量模数K和流量Q；（3）当0.1时的断面单位比能；（4）判断渠道中水流流态。（10分）解：（1）渠宽B=b+2mh=1.0+2×1.2×1.2=3.88m面积A=（b+mh）h=(1.0+1.2×1.2)×1.2=2.928m2湿周22=b+211.021.211.24.7489hmm水力半径2.9280.61664.7489ARm谢才系数11660.616636.904(/)0.025RCmsn（2）流量模数32.92836.9040.616684.8489/KACRms流量31.6970/QKims（3）断面单位比能mgAQhEs217.1928.28.92697.10.12.122222（4）流态1169.02.18.9928.2697.1ghAQghvFr，为缓流。5、已知矩形直角进口无侧收缩宽顶堰，堰宽mb0.2，堰高mPP0.121，上游水深为mh5.11，下游水深为mh2.12。求（1）判断是否淹没出流；（2）给出一次叠代后包含行近水头的过堰流量Q；（3）给出二次叠代的全水头。（10分）（当淹没出流时，淹没系数近似取为88.0S；流量系数HPHPm/76.046.0/301.032.0）解：（1）堰上水头H=h1-p1=1.5-1.0=0.5m下游堰顶水深hs=h2-p1=1.2-1.0=0.2m0.8H=0.8×0.5=0.4hs为自由出流（2）堰流公式第一次叠代320033221.0,1.0,1.0310.50.320.010.320.010.32511.01.980.460.760.50.3251229.80.51.0177/SSQmbgHHHmQms第二次叠代mgAQHH5058.0)25.1(8.92017.15.0222220smQ/035.1)5058.0(8.922325.0323（3）全水头mgAQHH5061.0)25.1(8.92035.15.0222220