水力学练习题及参考答案
一、是非题(正确的划“√”，错误的划“×)
1、理想液体就是不考虑粘滞性的实际不存在的理想化的液体。 （√） 2、图中矩形面板所受静水总压力的作用点与受压面的形心点 O重合。(×)
3、园管中层流的雷诺数必然大于3000。 ?×? 4、明槽水流的急流和缓流是用Fr判别的，当 Fr＞1为急流。 (√) 5、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。 （×） 6、水流总是从流速大的地方向流速小的地方流动。 （×） 6、达西定律适用于所有的渗流。 （×） 7、闸孔出流的流量与闸前水头的1/2次方成正比。 （√）
8、渐变流过水断面上各点的测压管水头都相同。 (√) 9、粘滞性是引起液流运动能量损失的根本原因。 (√) 10、直立平板静水总压力的作用点就是平板的形心。 （×） 11、层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。 ?√? 12、陡坡上出现均匀流必为急流，缓坡上出现均匀流必为缓流。 (√) 13、在作用水头相同的条件下，孔口的流量系数比等直径的管嘴流量系数大。 (×) 14、两条明渠的断面形状、尺寸、糙率和通过的流量完全相等，但底坡不同，因此它们
的正常水深不等。 (√) 15、直立平板静水总压力的作用点与平板的形心不重合。 （√） 16、水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。 ?×? 17、水头损失可以区分为沿程水头损失和局部水头损失。 (√) 18、牛顿内摩擦定律适用于所有的液体。
(×)
19、静止液体中同一点各方向的静水压强数值相等。 （√） 20、明渠过流断面上各点的流速都是相等的。 ?×? 21、缓坡上可以出现均匀的急流。 (√) 22、静止水体中,某点的真空压强为50kPa，则该点相对压强为-50 kPa。 (√) 24、满宁公式只能适用于紊流阻力平方区。 (√) 25、水深相同的静止水面一定是等压面。
(√)
26、恒定流一定是均匀流，层流也一定是均匀流。 （×） 27、紊流光滑区的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。 ?√? 28、陡坡上可以出现均匀的缓流。 (×) 29、满宁公式只能适用于紊流阻力平方区。 (√) 30、当明渠均匀流水深大于临界水深，该水流一定是急流。 (×)
1
31、缓坡上只能出现非均匀流缓流。 （×） 32、静水压强的大小与受压面的方位无关。
(√)
33、水泵的扬程就是指水泵的提水高度。 (×) 34、恒定总流能量方程只适用于整个水流都是渐变流的情况。 （×） 35、平坡渠道中不可能发生均匀流。 (√) 36、当明渠均匀流水深大于临界水深，该水流一定是急流。 （√） 37、水跃只能发生于平底明渠中。 (×) 二、单项选择题(填写唯一正确答案的编号)
1、 作用水头相同时，孔口的过流量要比相同直径的管咀过流量 （2） (1)大 ; (2)小 ； (3)相同 ； (4)无法确定 。 2、根据静水压强的特性，静止液体中同一点各方向的压强
（1）
(1) 数值相等; (2) 数值不等;(3) 仅水平方向数值相等;(4) 铅直方向数值最大 。 3、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 （4） ?1? 层流区 ； ?2? 紊流光滑区 ； ?3? 紊流过渡粗糙区 ； ?4? 紊流粗糙区 。
4、液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为 （2）
（1）1 kN/m2 （2）2 kN/m2 （3）5 kN/m2 （4）10 kN/m2 5、紊流的断面流速分布规律符合 （1） ?1?对数分布； ?2?直线分布； ?3?抛物线分布； ?4?椭圆分布。
6、长管的总水头线与测压管水头线 （1） （1）相重合； （2）相平行，呈直线； （3）相平行，呈阶梯状； （4）以上答案都不对。
7、渗流的达西公式只能适用于 （1） (1) 恒定均匀层流 (2) 恒定均匀紊流 (3)恒定均匀流； (4)非恒定流 。 8、液流的沿程水力摩擦系数与边壁粗糙度和雷诺数都有关，即可判断该液流属 （3）
?1? 层流区 ； ?2? 紊流光滑区 ； ?3? 紊流过渡粗糙区 ； ?4 ? 紊流粗糙区 。
9、堰流的流量与堰顶水头的? 2 ?成正比。
?1? 1/2次； ?2? 3/2次方； ?3? 2次方； ?4? 1次方 。 10、溢流坝下泄水流收缩断面水深 hc0 的跃后水深为 hc02 ，形成远离水跃衔接的条件是 （3） (1) ht = hc02 (2) ht > hc02 (3) ht < hc02 (4) 无法确定 11、按重力相似准则设计模型，若几何比尺为100，则流速比尺为 （2）
（1）100； （2）10； （3）20； （4）50。
12、液体中某点的绝对压强为108kN/m2，则该点的相对压强为 （4） （1）1 kN/m2 （2）2 kN/m2 （3）8 kN/m2 （4）10 kN/m2
2
13、静止液体中同一点沿各方向上的压强 （1）
(1) 数值相等 ; (2) 数值不等 ; (3) 仅水平方向数值相等 。
14、矩形断面明渠水力最佳断面的宽深比β等于 （2） ? 1 ? 1 ； ? 2 ? 2 ； ? 3 ? 3 ； ? 4 ? 4 。 15、水泵的扬程是指 (1) 水泵提水高度 ；
（2）
(2) 水泵提水高度+吸水管的水头损失；
(3) 水泵提水高度 + 吸水管与压水管的水头损失。 16、紊流粗糙区的水头损失与流速成 （2） ?1? 一次方关系； ?2? 二次方关系； ?3? 1.75～2.0次方关系 。 17、在平衡液体中，质量力与等压面 （3） （1）重合； （2）平行 ； （3）正交。
18、雷诺数是判别下列哪种流态的重要的无量纲数 ?3 ? ?1? 急流和缓流 ； ?2? 均匀流和非均匀流 ； ?3? 层流和紊流； ?4? 恒定流和非恒定流。 19、闸孔出流的流量与闸前水头 ? 3 ?成正比
?1? 1次方 ； ?2? 2次方 ； ?3? 0. 5次方 。 20、共轭水深是指 ( 1) (1) 水跃的跃前水深与跃后水深 (2) 溢流坝下游水流收缩断面水深 (3) 均匀流水深 （4）临界水深
21、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 (2) (1) B 管高于 A 管； (2) A 管高于 B 管； (3) AB 两管同高。
22、紊流的断面流速分布规律符合 （1） ? 1 ? 对数分布 ； ? 2 ? 椭圆分布 ； ? 3 ? 抛物线分布 ； ? 4 ? 直线分布 。
23平底棱柱形明渠发生水跃，其水跃函数 J (h1)与 J (h2)的关系是 （1） ? 1 ? J(h1)= J(h2) ? 2 ? J(h1)>J(h2) ? 3 ? J(h1)< J(h2)
24、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 （1）
( 1) pa > pb (2) pa < pb (3) pa = pb (4) 无法确定
3
25、层流断面流速分布规律符合 （3） ? 1 ? 对数分布 ； ? 2 ? 直线分布 ； ? 3 ? 抛物线分布 ； ? 4 ? 椭圆分布 。
26、佛汝德数Fr是判别下列哪种流态的重要的无量纲数 （1） ? 1 ? 急流和缓流 ； ? 2 ? 均匀流和非均匀流 ； ? 3 ? 层流和紊流； ? 4 ? 恒定流和非恒定流。
27、紊流中粘滞底层厚度 ? 比绝对粗糙高度 ? 大得多的壁面称为 （1） （1）光滑面 ? 2 ? 过渡粗糙面 （3）粗糙面 （4）以上答案均不对
三、填空题(在空格中填写正确答案)
1、水力模型的重力相似准则是 模型与原型的佛汝德数相同 。 2、明渠的断面和流量不变时，水跃的跃前水深越大，则跃后水深越 小 。
3、底流式消能工的主要形式有降低护坦、修建消能坎、综合式消能池3种形式。 4．测量明槽流量的主要工具有_堰__ 、__量水槽_ 。 5、根据管道计算方法的不同，管道可分类为 长管 和 短管 。 6、渗流的达西公式是____v=kJ__。
7、测量管道流量的主要仪器有文丘里流量计、涡轮流量计。 8、 计算明渠均匀流的公式是Q?ACRi。
9、根据管道中水击波传播时间与阀门关闭时间的对比关系，水击可分类为 （1） 直接水击 和 （2） 间接水击 。
10、底流式消力池中产生的水跃，要求是__微淹没___形式的水跃消能率高且稳定。 11、按重力相似准则设计的模型中，几何比尺为64，则流速比尺为 8 。 12、牛顿内摩擦定律适用条件是 牛顿流体 ，层流运动 13、理想液体与实际液体的主要区别是___是否存在液体的拈滞性____________ 14、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。
15、水跃是水流从_急_流过渡到 缓 流的局部水力现象；当流量一定，跃前水深增大时，则跃后水深是 减小 。
16、三种液体盛有容器中，如图所示的四条水平面，其中为等压面的是 B—B
4
四、问答题
1．．什么是液体的可压缩性？什么情况下需要考虑液体的可压缩性？
解：可压缩性是：当外界的压强发生变化时液体的体积也随之发生改变的特性。液体可压缩性一般情况下可以不必考虑，但是当外界压强变化较大，如发生水击现象时必须予以考虑。 2．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。 3．什么是相对压强和绝对压强？
4。写出水力半径R的表达式。
5、请分别叙说明渠均匀流水深和临界水深的含义和区别。
6、明渠的底坡可以分为哪些类型？
7、如何用临界水深hk与渠道内的水深h 来判别明渠水流的流态？
8、根据边界条件的不同，水头损失可以分为哪两类？
9、试叙述判断明渠水流流态有哪些方法。
10明渠均匀流产生的条件是什么？
五、作图题(在题图上绘出正确答案)
1.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) (5分)
i.1>ik i2 5 2、定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。 0=0 v 总 水 头 线 测 压 管 水 头 线 v0=0 3、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,末端有一跌坎) (5分) i.1>ik i2 v0=0 6 总水头线 测压管水头 v0=0 v0=0 6、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。 AB 7、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) KKi < ik1i >ik2 六、根据题目要求解答下列各题 1、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, H O R R A tan?= Py/Px=1.15 ∴ ?=49° 合力作用线通过圆弧形闸门的圆心。 2、图示一跨河倒虹吸圆管，管径d＝0.8m，长 l=50 m，两个 30 。 B 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 。 7 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 lv2???) H?hw?(? 4R2g计算圆管道断面的水力半径和局部水头损失系数 R?A??d/4?0.2m , ???0.2?2?0.5?1.0?1.9 3 将参数代入上式计算，可以求解得到 v?4.16m/s , Q?vA?2.091m/s ?即倒虹吸管内通过的流量为2.091m/s 。 3 3、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) d1 v1 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： 3Q?v1A1?0.00314ms 1 R P2 2 1 x v2?Q?9.9m sA2对于喷嘴建立x方向的动量方程 p1A1?R???Q(v2x?v1x) R?p3A3??Q(v2?v3)?187.8N 水流对喷嘴冲击力:F与R, 等值反向。 4、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 =0.001 A?bh?2.55m2 x?b?2h?4.9m 8 A?0.52m x111 C?R6?64.06m2/s n R?v=C(Ri)0.5＝1.46m/s Q= vA=3.72m3/s。 5、有一矩形断面混凝土渡槽(n=0.014)，底宽b＝1.5m,槽长L＝116.5m。进口处槽底高程Z1=52.06m，当通过设计流量Q＝7.65m3/s时，槽中均匀流水深h 0=1.7m，试求渡槽底坡和出口槽底高程Z 2？ 6、图示水箱一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，短管的总水头损失是短管流速水头的0.2倍，取动能校正系数α=1。求管嘴的出流速度v及此射流达到的高度z。 7、求图中矩形面板所受静水总压力的大小及作用点位置，已知水深H=2 m，板宽B＝3m。 8、图示一跨河倒虹吸管，正方形断面，边长b=0.8m，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 ζ1=0.2，ζ2=0.5，ζ3=1.0，沿程水头损失系数 λ=0.024，已知通过流量 Q=2.662m3/s。若上下游的行进流速水头忽略不计，求上下游水位差H 。 9、有一水电站引水钢管，管道长度 L=2000 m，管中水流的流速v=2 m/s，管道水击波波速C＝1172 m/s。由于管道末端阀门在2秒内完全关闭，产生水击。 9 试判断水击类型；并求管中水击压强水头ΔH。 10、测定90°弯管的局部水头损失系数的试验装置如 题图所示。已知试验段 AB 长10 m ，管径d＝0.05m，弯 管曲率半径R＝d，管段沿程水力摩擦系数λ＝0.0264，实 测AB两端测压管水头差△h＝0.63cm，100秒钟流入量水箱的水体体积为0.028m3，试求弯管局部水头损失系数。 11、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。 12、某溢流坝下收缩断面处水深hc=1.1m，已知单宽流量q＝14.72m2/s，当坝下游水深ht=4.7m时，1）求对应收缩断面处水深hc的跃后水深hc2 2）坝下游发生何种形式的水跃？是否需要修建消能工？ 解：1)计算临界水深hk，判断收缩断面和下游水流流态， hk?3B 水 A Δh ?q2214.72?3?2.81m g9.8因为收缩断面水深 hc =1.1 m ? hk 为急流，下游水深ht=4.7m ? hk 为缓流， 所以溢流坝下游必定发生水跃。 2）计算收缩断面处水深hc的共軛水深hc2 hcq2?1) 3hc2＝2(1?8ghc1.114.722＝2?(1?8?9.8?1.13?1) ＝5.81m 因为 hc2 ? ht ，该水跃为远驱水跃。 3）溢流坝下游发生远驱水跃，需要修建消力池。 13、 矩形断面渠道中有一平板闸门，渠宽b＝3m。 闸前水深H＝4m，闸下收缩断面水深hc=0.8m， 已知渠道流量Q=18m3/s。取动能和动量校正系数 均为1。求水流作用于闸门上的作用力。 p1γd1Hhc 14、已知如图所示水平安装的文丘里流量计， 1122hvd2 10 已测得压强 p1?=0.5m， p2?=-0.2m，水管的横 断面积A1=0.002m2，A2=0.001m2, 不计水头损失，求通过文丘里流量计的流量 Q为多少？ 15、管道直径 d = 10 mm，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？ 16、有一水电站引水钢管，管道长度 L=2000 m，管中水流的流速v=2 m/s，管道水击波波速C＝1172 m/s。由于管道末端阀门在2秒内完全关闭，产生水击。 17、某矩形断面河道中建筑有一座WES堰型溢流坝，溢流堰宽b＝10m，在设计水头 Hd=2.50m时的流量系数为md=0.502，堰高P1=16m。问： （1）不考虑侧收缩和淹没影响，求通过堰型溢流的流量Q。 （2）若坝下收缩断面处水深hc=0.8m，当坝下游水深h t=3.5m时，坝下游是否发生水跃？如发生水跃，属于何种形式的水跃？是否需要修建消能工？ 试判断水击类型；并求管中水击压强水头ΔH。 18、有一矩形断面渠道底宽b＝1.5m，底坡i＝0.0004，糙率n＝0.014，当槽中均匀流水深h0=1.7m时，试求通过的流量Q 。 19、图示一水平放置的弯管，直径D=0.2 m，转角α=90°，1－1断面管轴处的动水压强为p1=40kN/m2，2－2断面与大气连通，管中流量为Q＝0.1m3/s，求水流通过弯管时对管壁的作用力。（取动能校正系数和动量修正系数均为1） 11 D 1 1 2 2 20、求图中圆弧形闸门AB所受静水总压力的大小及方向。已知水深H=4 m，板宽B＝2m。 A H B 21、有一浆砌块石的矩形断面渠道，糙率n = 0.025，宽b = 6m，当Q = 14.0m3/s时，渠中均匀水深h = 2m，试判断渠道中的明渠水流流态。 22、某矩形断面渠道，通过的流量为Q=30m3/s，底宽为b=5m，水深为h=1m，判断渠内水流是急流还是缓流？如果是急流，试计算发生水跃的跃后水深是多少。 23、某矩形断面渠道中建有单孔平板闸门，已知平板闸门的宽度b＝6 m，闸前水深为 H=4m，闸孔流量系数μ=0.45，闸门开度e=0.5m，闸底板与渠底齐平。 （1） 不计闸前行进流速水头，按自由出流求过闸流量Q。 （2） 若闸下收缩水深hc＝0.4m，下游水深ht=2.5m，判断闸下水跃衔接的形式，并 确定是否需要修建消力池？。 H h c h th124、如图所示矩形平板闸门AB宽b=3m， 门重G=9800N，α=60°，h1 =1m，h2=1.73m。 试求：下游有水时启门力T， h2Th325、有一水平放置的管道(如图)。管径d1=10 cm，d2=5 cm。管中流量Qv=10 L/s。断面1处测管高度H=2 m。不计管道收缩段的水头损失。取动能与动量校正系数均为1。求水流作 12 用于收缩段管壁上的力。 26、有一浆砌块石的矩形断面渠道，糙率n = 0.025，宽b = 5m，当Q = 15.0m3/s时，渠中均匀水深h = 2m，试判断渠道中的明渠水流流态。 27、有一单孔水闸，平板闸门孔宽＝3.0 m，闸门开度e = 0.5m，闸前水深H＝6.0 m，闸孔流量系数μ=0.556，闸底板与渠底齐平。不计闸前行进流速水头，按自由出流求过闸流量Q。 28、水温 10。C时水流的运动粘滞系数为 ? = 0.0131 cm2/s，水管的直径为 10 cm，管中流速为 100 cm/s，试判别水流流态。 29、有一矩形断面渠道均匀流，底宽 b =10 m，水深 h = 3 m，糙率 n = 0.014，底坡i=0.001 。如流动在紊流粗糙区，求谢才系数C和流量Q，并判别是急流还是缓流。 30、有一虹吸管(如图)。已知管径d=10 cm，h1=1.5 m，h2=3 m，不计水头损失，取动能校正系数α＝1。求断面c－c中心处的压强pc。 32、有一单孔水闸，平板闸门孔宽b＝3.0 m，闸门开度e=0.5 m，闸前水深H＝6.0 m，闸孔流量系数μ=0.556，闸底板与渠底齐平。不计闸前行进流速水头，按自由出流求过闸 13 流量Q。 33、某单孔WES型实用堰，孔净宽=18.0 m，上游堰高P=35m，堰顶水头H=3.2m，已知实用堰的流量系数m=0.502 ，不考虑侧收缩系数影响。堰下游收缩断面的水深hc=0.5m，收缩断面的宽为54m，下游水位低于堰顶，下游水深ht=3.5m。 （1） 求通过实用堰的流量Q （2） 确定堰下游水跃衔接形式，说明堰下游是否需要修建消能设施？ （3） 如采用底流式消能，消能池中的水跃应达到什么要求？ Hehcht 34、图示直径为 20mm，长 450m 的管道自水库取水并泄入大气中，出口比水库水面低 13 m，已知沿程水头损失系数λ=0.04，进口局部水头损失系数ζ=0.5，求泄流量 Q 。(按短管计算) 35、图示左边为一封闭容器，盛有密度 ?1＝?2＝1000kg/m3 的水，深度 h1 = 3 m 。容器侧壁装有一测压管，H= 0.5 m。右边为敞口盛水容器，水深 h2=2.2 m。求中间隔板 A、 14 B、C 三点的压强。 ( 10分) 36 、已知如图所示的文丘里管，管路中通过流量Q = 10 l/s，d1 =5 cm， p1 =78.4 Pa，如果使2断面产生真空压强为6.37kPa，问d2应为多少？（不计水头损失） （ 10分) 1d11p1γ22hvd2 37、有一矩形断面渠道，底宽b＝1.5m，底坡i＝0.0004，糙率n＝0.014，当槽中均匀流水深h0=1.7m时，试求通过的流量Q , 并判别是急流还是缓流。 38、某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。已知渠宽 b =18 m ，流量 Q =265 m3/s ，坝下收缩断面处水深 h c = 1.1m 当坝下游水深 h t =4.7 m 时，问： （1）、坝下游发生何种形式的水跃？ （2）、是否需要修建消能工？ H 15 hcht