水力學試題第一部分 選擇題(共20分)一、單項選擇題(10220分在每小題列出的四個選項中只有一個選項是符合題目要求的，請將正確選項前的字母填在題后的括號內。1.某流體的運動粘度v=3×10-6m2/s,密度ρ=800kg/m3,其動力粘度μ為( )×10-9Pa·×10-3Pa·s×105Pa·×109Pa·s2.圖中相互之間可以列總流伯努利方程的斷面是2-2斷面3-3斷面3-3斷面4-4斷面3.如圖所示，孔板上各孔口的大小形狀相同，則各孔口的出流量是( )A>QBA=QBA<QBD.不能確定4.并聯管道A、B，兩管材料、直徑相同，長度B=2，兩管的水頭損失關系為()A. =B. =2C.D. =45.如圖所示，水泵的揚程是( )A.B.C. +D. + +6.在已知通過流量Q渠道底坡i邊坡系數m及粗糙系數n的條件下計算梯形斷面渠道尺寸的補充條件及設問不能是( )A.給定水深h，求底寬bB.給定寬深比，求水深h與底寬bC.給定最大允許流速［v］maxhbD.給定水力坡度J，求水深 與底寬7.斷面單位能量 隨水深 的變化規律是( )A. 存在極大值 B. 存在極小值C. 隨 增加而單調增加 D. 隨 增加而單調減少8.下列各型水面曲線中，表現為上凸型的水面曲線( )3型3型3型3型9.根據堰頂厚度與堰上水頭的比值，堰可分( )A.寬頂堰、實用堰和薄壁堰 B.自由溢流堰、淹沒溢流堰和側收縮堰C.三角堰、梯形堰和矩形堰 D.溢流堰、曲線型實用堰和折線型實用堰10.速度v、長度l、運動粘度v的無量綱組合是( )B. C. D.第二部分 非選擇題(共80分)二、填空題(本大題共10空，每空1分，共10分)不寫解答過程，將正確的答案寫在每小題的空格內。錯填或不填均分無。11.潛體所受浮力的大小與其所在液體成正比。12.恒定流是各空間點上的運動參數都不變化的流動。13.圓管流的臨界雷諾數Rec。14.水由孔口直接流入另一水體中，稱出流。15.在相同的作用水頭作用下，同樣口徑管嘴的出流量比孔口的出流量 。16.渠道中的水深h大于臨界水深hc時，水流流態。17.水躍函數相等的兩個不同水深稱。18.自由出流寬頂堰堰上水流流態。19.達西定律適用滲流。20.具有自由液面的水流模型試驗，一般選準則設計模型。三、名詞解釋題(本大題共5小題，每小題2分，共10分)21.粘性22.斷面平均流速23.粘性底層24.短管25.臨界底坡四、簡答題(本大題共4小題，每小題5分，共20分)26.試述液體靜力學的基本方程 及其各項的物理意義。27.如圖所示，一倒置U形管，上部為油，其密度ρoil=800kg/m3，用來測定水管中的A點流速uA，若讀數△h=200mm，求該點流速μA。28.如何判別圓管和非圓管有壓流中的流態?29.試根據棱柱形渠道非均勻漸變流微分方程分析M2型水面曲線的變化趨勢。五、計算題(本大題共4小題，每小題10分，共40分)30.如圖所示，一矩形平板閘門AB，寬b=2m，與水平面夾角α=30°，其自重，并鉸接于A點。水面通過A點，水深h=，試求打開閘門的最大鉛直拉力T。31.如圖所示，文丘里流量計管道直徑d1=200mm，喉管直徑d2=100mm，水銀差壓計讀數y=20mm，水銀密度ρm×103kg/m3，忽略管中水頭損失，試求管道輸水流量Q。32.有一漿砌塊石的矩形斷面渠道。已知渠道長l=500m,底寬b=，渠中水深h0=,粗糙系數，通過的流量Q=6m3/s，試求沿程水頭損失。33.Q=3/s,l1=l2=100m,l2=50m,l3=200m,各段管道直徑d1=d4=200mm(比阻a1=a42/m6),d2=d3=150mm(比阻a2=a32/m6),試求：(1)各并聯管段的流量Q2，Q3；(2)水塔水面高度H。水力學試題參考答案一、單項選擇題(本大題共10小題，每小題2分，共20分)6.D 7.B 8.C 9.A二、填空題(本大題共10空，每空1分，共10分)11.密度 12.時間或2000 14.淹沒15.大 16.緩流17.共軛水深 18.急流19.均勻 20.弗勞德三、名詞解釋題(本大題共5小題，每小題2分，共10分)21.22.vv定義為該斷面的平均流速，即23.緊靠壁面存在一個粘性切應力(或粘性力)起控制作用的薄層。24.水頭損失中，沿程水頭損失和局部水頭損失都占相當比重，兩者都不可忽略的管道。25.正常水深等于該流量下臨界水深時的渠底坡度。四、簡答題(4520分)26.物理意義：z:單位重量液體具有的相對于基準面的重力勢能，簡稱位能。：單位重量液體具有的壓強勢能，簡稱壓能。Z+:單位重量液體具有的總勢能。Z+=C：靜止液體中各點單位重量液體具有的總勢能相等。27.解：根據元流伯努利方程，如圖，有：=(1-0.8)=392Pa=/s答：A點流速為/s。28.用臨界雷諾數作為流態的判別標準對于管流：若或2000，流動為層流若 或2000，流動為紊流對于非圓管道，特征長度為水力半徑R，雷諾數，此時，相應的臨界雷諾數為575和500或500，流動為層流或500，流動為紊流若特征長度取為當量直徑，則 仍為2300或2000。29．水深小于正常水深，但大于臨界水深，流動為緩流分子：h<h0,J>i,I－J<0分母：h>hc,Fr<1,i－Fr2>0分式：dh/ds<0,M2型降水曲線五、計算題(本大題共4小題，每小題10分，共40分)30．閘門AB上的水壓力P= 表示閘門AB的長度。KN作用點D，AD=重力G作用點C，AC= =hT=打開閘門的最小鉛直拉力為31.解：列1-1，2-2斷面的總流伯努利方程取 =1，有m將（2）、（3）代入（1），得v2=/sQ= =2/s32.R=C=A=bh0=2

=/s= =/sm33.(1)Q2+Q3=3/s得Q3=3/sQ2=3/s(2)H== =1、流體的連續介質模型2、描述流體宏觀屬性的物理量在空間上是3、牛頓內摩擦定律：兩平板間的流動是平行流動的；固定平板附近的流體處于靜止狀態；運動平板附近的流體隨平板運動；y方向上是呈線性分布的；4、黏性：流體在運動狀態下抵抗剪切變形速率能力的性質，稱為粘滯性，簡稱黏性，5、作用在流體上的力，表面力：壓力、表面張力、摩阻力質量力：重力、慣性力、離心力6(1)71、垂直性平衡流體2、等值性平衡流體中任一點的8、流體平衡的微分方程等。等。8、等壓面=0（2）特性：a-等壓面就是等勢面;b-等壓面與質量力正交；c-等壓面不能相交；（3）等壓面為水平面的條件：同種液體；靜止或平衡；連續介質（4）常見的等壓面液體與氣體的交界面

9（壓強形式）P=P0+RHRHh為高的流體重量，即由液柱重量所產生的壓強；流體靜力學基本方程（能量形式）R重度9、靜止流體中，各點的測壓管水頭相等，測壓管水1011pa為基準計p表示。1213、物理學的真空絕對沒有大氣存在的狀態；流體力學的真空相對壓強為負值的狀態故真空也稱為負壓 注意：只有真空存在時，才有真空值，真空值恒為正；真空與相對壓強p之間的關系pv=|p|1415、作用在任意平面上的靜水壓力P的大小等于受壓面面積與其形心點所受壓強的乘積，16、拉格朗日法：研究每一質點的運動參數（坐標、速度、加速度、壓強）隨時間的變、通過空間固定點的運動參數隨時間的變化規律。綜合流場1819、時變加速度（當地加速度20、恒定流：流場中流體的運動參數不隨時間而變的流動。21、 非恒定流流場中流體的運動參數隨時間而變。22、跡線：流場中某一流體質點在一段時間內運動的軌跡線。23、10、流管：在流場中作一條本身不是流線又不11（即管內液體的總體。斷面無限小的元流稱之為微小元流。12、總流：無數微小元流的總和稱為總流13。1）元流過流斷面面積無限小，可認為各點的運動要素相同，總流則不然；2526v。27、漸變流：雖然流線不是相互平行的直線，但接近于平行直線時稱為漸變流；漸變流特性基本與均勻流相同。2829、若流線上各質點的位變加速度為0，這種流動稱為均勻流，反之則為非均勻流。均勻流的特性：1)流線為相互平行的直線，過水斷面為平面，且形狀、大小沿流程不變；2）同一流線上不同點的流速應相等，從而各過水斷面上的流速分布相同，斷面平均流速相等。30、理想流體恒定元流能量方程1）理想流體、2）元流、3）恒定流、4）質量力只有重力、5）不可壓縮流1、應用條件： ①液體流動為恒定流； ②液體為不可壓縮液體； ③質量力僅為重力；④過水斷面必須是在均勻流或漸變流區段上，兩過水端面之間可以是急變流。2、截面的選取：①選在已知量多的截面處；②其中一個面含有所求量；③截面（過水斷面；④基準面必須是水平面，可以與計算截面相重合第五章1、水頭損失的成因：（內因、

2、沿程水頭損失hf: 在固體邊界平直的水道中單位重量的流體從一斷面流至另一斷面所損失的機械能稱之為兩斷面間的水頭損失這種水頭損失是沿程都有的并隨著流程長度的增加而增加，所以叫做沿程水頭損失hf3、局部水頭損失hj:在固體邊界的情況（形狀、大小）急劇變化，流速的大小或方向顯著改變并往往伴隨著產生一定的漩渦區這種發生在局部地段的水頭損失稱為局部水 頭損失hj4、同一流體在同一管道中流動，當流速不同時，有兩種不同的運動形態：層流和紊流層流：呈線狀的，有條不紊地流動，流體質點互不混雜；紊流：當流速較大時，各流層流體質點形成渦體，在流動過程中相互混摻5、雷諾數6、當采用水力半徑作為特征長度來判斷流態時，臨界雷諾數應為57530、管道的類型：簡單管路和復雜管路；長管與短管；第六章孔口直徑d作用水頭H：孔口中心以上的水頭可認為孔口斷面上各點的水頭都相等31、小孔口的淹沒出流與自由出流公式相同，不同之處是水頭H0是上下游水位差。32、各種形狀的水力最優斷面：（1）梯形渠道水力最優斷面的水力半徑等于水深的一半，與邊坡系數m無關；（2）矩形渠道水力最優斷面的底寬慰水深h的兩倍。33、明渠水流的三種流態及判別1、緩流、臨界流、急流；緩坡渠道：i<ik，則h0>hk，ik；h0=hk，v0=vk，渠中水流為臨界流；陡坡i>ikh0<hk，v0>vk，渠中水流為這種判別只適用于均勻流的情況明渠均勻流的形成條件：3、明渠均勻流的基本公式：、明渠的水力最優斷面：水流應為恒定流；（（3）渠道必須是長而直的棱柱形順坡渠邊；4）粗糙率n沿程不變；（5）渠道中無建筑物的局部干擾，如閘、壩等。5、弗勞德數：6、以斷面最低點所在的水平面為基準面計算的單位重量流體所具有的機械能。答案1當渠道的底坡、粗糙系數流場中流體的運動要素不隨時間而變的流動。絕對壓強總是正值，而相對壓強在水力學上，把任一點的相對壓強高度與該點在基準面以上的位置之和稱為測壓管水頭。實際液體由于具有粘性，在流

0.5個工程大氣壓。若在容器底4m30°，d50mmH5m2.6mQ解：取密閉容器水面為1-1斷面，取管子出流斷面為2-2斷面，對兩個斷面列能量方程：Z1+P1/γ+v12/2g=Z2+P2/γ+v22/2g+hw(5+4×1/2) +(0.5×98/9.8)+0=0+0+v22/2g+2.6v2=13.57m/sQ=v2×1/4πd22 =13.57×3.14×0.25×0.052=26.63L/s33所示的輸水管路中，過水斷面上的uumax[1-(r/r0)2]徑0為mx為s。求Qv。解：dA=d(πr2)=2πrdr空間，在水力學中稱為“能量損失”，或者說是單位重量液體克服水流阻力所消耗的液體

QudAru

r0 1(0

)22rdr0機械能，也稱“水頭損失”(定義)。0

max rA 0 =水力坡度表示單位重量液體在單位長度流程上水頭損失。160°

0r0 maxr

rdr02 maxr0 r2r0

r3的光滑平板上（不計摩擦阻力。若噴嘴出口d30mmQ36L/s。試求Q1Q2以及F。假定水頭損失可忽略不計。解 ： 由 連 續 性 方 程 ：v=4Q/πd2=4×0.036/(3.14×0.032)=50.955m/s（2分）設出流管方向為yx軸與之垂直，列動量方程：x方向列動量方程：-F’=ρQ(0-βvsin60°)則F’=ρQβvsin60°=1000×0.036×1×50.955×0.866=1588.57NF與F’大小相等，方向相反。y方向動量方程：ρQ1β1v1-ρQ2β2v2-ρQβvcos60°=0由能量方程得 v=v1=v2得出Q1-Q2=1/2Q，再由連續性方程：Q1+Q2=Q 得Q1=3/4Q=27L/s，Q2=1/4Q=9L/s2、如圖2所示，一盛水密閉容器，液面上氣

=π/2×umax×r02=2.12×10-4m3/s=umax/2=0.075m/s測定一蝶閥的局部阻力系數裝置如圖4所示。在蝶閥的上、下游裝設三個測壓管，其間距L1=1m，L2=2md50mm，實測▽1=150cm，▽2=125cm，▽3=40cm，流速v=3m/sξ值。對1斷面和2斷面列能量方程Z1+P1/γ+v2/2g=Z2+P2/γ+v2/2g+λ·l1/d·v2/2g0+1.5+9/19.6=0+1.25+9/19.6+λ·l/0.05·9/19.6 λ=0.027對2斷面和3斷面列能量方程Z2+P2/γ+v2/2g=Z3+P3/γ+v2/2g+(λ·l2/d+ξ)·v2/2g解 ： 過 水 斷 面 面 積0+1.25+9/19.6=0+0.4+9/19.6+(0.027·2/0.05+ξ)·9/19.6 ξ=0.77

Abh0.150.0650.00975m2濕 周4、壓力管道中，由于管中流速突然變化，引起管中壓強急劇增高（或降低6、5、圖示一跨河倒虹吸管，管道直徑

b2h0R水力半徑

0.1520.0650.28mA0.009750.0348m 0.28d1.0m，管道總長l50m，折角、進口

nAR2i132

0.009750.034820.021323

0.0085ζ

=0.2，1

Q 0.0173ζ =0.5ζ2

=1.0λ=0.024，3上下游水位差H5m，求通過的流量Q?繪制管道的總水頭線和測壓管水頭線解：按短管計算

8、一矩形斷面渠道，如圖所示。已知閘前水H14me，渠道LLd

1 底寬b6孔垂直收縮系數0.62，c0.024

500.520.21.01.0 0.1閘門局部水頭損失系數 ，兩段渠道的2gHQ2gHc

0.568

1.024

4.41m