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工程流体力学全试题库


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。 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

?×? (√) (×) (×) (×) (√) (√) (√) (×) ?√? (√) (×)

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 (√) (√) ?×? (√) (×) (√) ?×? (√) (√) (√) (√) (×) ?√? (×) (√) (×)

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 (1)大 ; (2)小 ; (3)相同 ; (4)无法确定 。

(×) (√) (×) (×) (√) (√) (×)

(2) (1)

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) 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? ?3? 层流区 ; 紊流过渡粗糙区 ;
2

?2? ?4?

紊流光滑区 紊流粗糙区

; 。 (2)

4、液体中某点的绝对压强为 100kN/m ,则该点的相对压强为 (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?对数分布; ?2?直线分布; ?3?抛物线分布; ?4?椭圆分布。

(1)

6、长管的总水头线与测压管水头线 (1)相重合; (3)相平行,呈阶梯状; 7、渗流的达西公式只能适用于 (1) 恒定均匀层流 (2) 恒定均匀紊流 ?1? ?3? 层流区 ; 紊流过渡粗糙区 ; ?2? ?2? ?4 ? (3)恒定均匀流; (4)非恒定流 。 紊流光滑区 紊流粗糙区 ?3? 2 次方; ; 。 ?4? 1 次方 (2)相平行,呈直线; (4)以上答案都不对。

(1)

(1)

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)

9、堰流的流量与堰顶水头的? 2 ?成正比。 ?1? 1/2 次; 是 (1) ht = hc02 (1)100; (2) ht > hc02 (2)10;
2

3/2 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 (3) (3) ht < hc02 (3)20; (4) 无法确定 (2) (4)50。

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

12、液体中某点的绝对压强为 108kN/m ,则该点的相对压强为 (4) 2 2 2 2 (1)1 kN/m (2)2 kN/m (3)8 kN/m (4)10 kN/m

2

13、静止液体中同一点沿各方向上的压强 (1) 数值相等 ?1? 1 ; 15、水泵的扬程是指 (1) 水泵提水高度 ; (2) 水泵提水高度+吸水管的水头损失; ; (2) 数值不等 ; (3) 仅水平方向数值相等 。

(1)

14、矩形断面明渠水力最佳断面的宽深比β 等于 ?2? 2 ; ?3? 3 ; ?4? 4 。

(2)

(2)

(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 ?1? 一次方关系; ?2? 二次方关系; (2) ?3? 1.75~2.0 次方关系 。 (3) (3)正交。 ?3 ?

17、在平衡液体中,质量力与等压面 (1)重合; (2)平行 ;

18、雷诺数是判别下列哪种流态的重要的无量纲数 ?1? ?3? 急流和缓流 ; ?2? 均匀流和非均匀流 ; 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 20、共轭水深是指 (1) 水跃的跃前水深与跃后水深 (3) 均匀流水深 (2) 溢流坝下游水流收缩断面水深 (4)临界水深 (2) ; ?2? 2 次方 ; ?3? 0. 5 次方 。 ( 1)

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 (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? ?3? 对数分布 抛物线分布 ; ; ?2? ?4? 椭圆分布 直线分布 ; 。

(1)

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 ? J(h1)= J(h2) ? 2 ? J(h1)>J(h2) ? 3 ? J(h1)< J(h2)

(1)

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) pa > pb (2) pa < pb (3) pa = pb (4) 无法确定 (1)

3

25、层流断面流速分布规律符合 ?1? ?3? 对数分布 抛物线分布 ; ; ? 2 ? 直线分布 ? 4 ? 椭圆分布 ; 。

(3)

26、佛汝德数 Fr 是判别下列哪种流态的重要的无量纲数 ?1? ?3? 急流和缓流 ; ? 2 ? 均匀流和非均匀流 ; 层流和紊流; ? 4 ? 恒定流和非恒定流。

(1)

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)光滑面 ? 2 ? 过渡粗糙面 (3)粗糙面

(1)

(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 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 ? AC R i 。 长管 和 短管 。

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<ik
5

2、定性绘出图示管道(短管)的总水头线和测压管水头线。

v0=0

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<ik

4、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。 (5 分)

A B

C

5、定性绘出图示管道(短管)的总水头线和测压管水头线向。

v0=0 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。

A

B

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)

K

K

i1< i k

i 2>ik

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 铅垂分力 静水总压力 Px=pc×Ax=74.48kN Py=γ ×V=85.65kN, P2= Px2+ Py2, ∴

H O R R A

P=113.50kN,

tan?= Py/Px=1.15

?=49°

合力作用线通过圆弧形闸门的圆心。 B 2、图示一跨河倒虹吸圆管, 管径 d=0.8m, l=50 m, 长 两个 30


折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为 ζ 1=0.2,ζ 2=0.5,ζ 3=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

H ? hw ? (?

l v2 ? ?? ) 4R 2g

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 ? 2.091 3 /s m
即倒虹吸管内通过的流量为 2.091m /s 。

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)

v1 d1 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:

m Q ? v1 A1 ? 0.0 0 3 1 4

3

s
P
1

1 R 2 2 1 x

v2 ?

Q ? 9.9 m s A2

对于喷嘴建立 x 方向的动量方程
p1 A1 ? R ? ? ? Q(v 2 x ? v1x ) R ? p3 A3 ? ? Q(v 2 ? v3 ) ? 187.8 N

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 ? 2.55 m2 x ? b ? 2h ? 4.9 m
8

A ? 0.52 m x 1 1 1 C ? R 6 ? 64.06 m 2 / s n R?
v=C(Ri)0.5=1.46m/s Q= vA=3.72m3/s。

9


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