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水力学
复习资料
水力学最全复习资料
一、单项选择题(填写唯一正确答案的编号)
(本大题共10小题,每小题2分,共20分)
1. 下列物理量中,有量纲的数为( C )
A.佛汝德数Fr B. 沿程阻力系数
C.渗流系数k m/day D. 堰流流量系数m
2. 缓坡明渠中的均匀流是(A )
A.缓流 B. 急流 C. 临界流 D. 可以是急流或缓流
3. 管流的负压区是指测压管水头线( C )
A.在基准面以下的部分 B. 在下游自由水面以下的部分
C. 在管轴线以下的部分 D. 在基准面以上的部分
4. 有两条梯形断面渠道1和2,已知其流量、边坡系数、糙率和底坡相同,但底坡i1>i2,则其均匀流水深h1和h2的关系为( B )
A.h1>h2 B. h1<h2 C. h1=h2 D. 无法确定
5. 对于并联长管道,每根管道的( C )相等。
A.流量 B. 切应力 C. 沿程水头损失 D. 水力坡度
6. 平衡液体的等压面必为(D )
A.水平面 B. 斜平面 C. 旋转抛物面 D. 与质量力正交的面
7. 理想液体恒定有势流动,当质量力只有重力时, (B)
A整个流场内各点的总水头相等
B只有位于同一流线上的点,总水头相等
C沿流线总水头沿程减小
D沿流线总水头沿程增加
8. 有一溢流堰,堰顶厚度为2m,堰上水头为2m,则该堰流属于( c )
A.薄壁堰流 B. 宽顶堰流 C. 实用堰流 D. 明渠水流
9. 同一管道中,当流速不变,温度上升时,则雷诺数( A )
A.增大 B. 减小 C. 不变 D. 不一定
10. 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( d )倍
A.1 B. C. 2 D. 4
二、填空题(在空格中填写正确答案)
(本大题共8小题,每空格2分,共16分)
1.有一明渠均匀流,通过流量,底坡,则其流量模数K= 2750 .
2.水泵进口真空计的读数为,则该处的相对压强水头为 2.5 m
3.矩形断面渠道,水深h=1m,单宽流量,则该水流的佛汝德数Fr= 0.319 。
4.宽顶堰的总水头H0=2m, 下游水位超过堰顶的高度hs=1.4m,此时堰流为出流。
5.渗流杜比公式表明,在渐变渗流中过水断面的流速分布为。
6.已知谢才系数,则沿程阻力系数 = 0.00784 。
7.当液流为 恒定流流时,流线与迹线重合。
8.直径为1m的管道中的水流,其水力半径为。
三、计算题
(本大题分5小题,共54分)
1.(本小题10分)如图所示,一个封闭水箱,下面有一1/4园柱曲面AB,宽为1m(垂直于纸面方向),半径R=1m,,,计算曲面AB所受静水总压力的大小、方向和作用点。
2.(本小题10分)有一长度为L的有压管道,管径d=0.1m,作用水头H=3m,在L/2处装一测压管,已知测压管水面高于管轴1m,不计行进流速,求管道中通过的流量。
3.(本小题12分)如图示管路渐变段,已知管轴线与水平面夹角,渐变段长L=10m,渐变段中水体重量G=2KN,进水管直径,流速,形心点相对压强水头水柱高,出水管直径,不计水头损失,试求固定段管路所受的作用力和。
水力学1答案:
一、 单项选择题(20分)
1.C 2. A 3.C 4.B 5. C
6.D 7.B 8.C 9.A 10.D
二、 填空题(16分)
1. 2750m3/s
2. –2.5m
3. 0.32m
4. 自由出流
5. 矩形/或均匀分布
6.0.00784
7.恒定流
8. 0.25m
三、 作图题
四、 计算题
1. (10分)
画出水平方向压强分布图(1分);画出垂直方向压力体图(1分);
水平方向静水总压力: (2分)
垂直方向静水总压力: (2分)
总静水总压力: (1分)
与水平方向的夹角: (1分)
距底部B点的垂直距离: (2分)
2.(10分)
以管道轴线为基准面,列测压管断面和处口断面的能量方程:
得 (4分)
列水箱和出口断面能量方程得,()
所以V= (5分)
(1分)
3.(12分)
, (1分)
以过1-1断面中心的水平面为基准面,写出1-1和2-2断面能量方程:
取 (3分)
,
得水柱,即 (2分)
而,
取1-1和2-2断面间水体为脱离体,假设管壁对水体的作用力为和,(水流方向为x轴,与水流方向垂直为y轴)
x方向大的动量方程:
取
(3分)
y方向的动量方程:
(2分)
水流对管壁的作用力与和大小相等,方向相反。 (1分)
《水力学》练习2及参考答案
一、 单项选择题(每小题2分,共计10分)
1、紊流粗糙区的水头损失与流速成 ( b )
a、一次方关系; b、二次方关系; c、1.75~2.0次方关系;d、不能确定
2、已知液体流动的沿程水头损失系数λ与边壁粗糙度和雷诺数Re都有关,即可以判断该液体流动属于 ( c )
a、层流区; b、紊流光滑区; c、紊流过渡粗糙区; d、紊流粗糙区
3、有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R =( b )
a、8 b、4 c、2 d、1
4、已知突扩前后有压管道的直径之比d1/d2 =1:2,则突扩前后断面的雷诺数之比为 ( a )
a、2 b、1 c、0.5 d、0.25
5、层流断面流速分布规律符合 ( c )
a 、对数分布; b 直线分布; c、抛物线分布; d、 椭圆分布 。
二、 填空题(每小题2分,共计8分)
1、恒定流时流线与迹线 重合。
2、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。
3、雷诺试验揭示了液体存在_____层流___和____紊流_两种流态,并可用临界雷诺数来判别液流的流态。
4、在等直径长直管道中,液体的温度不变,当流量逐渐增大,管道内的雷诺数Re将逐渐 增大。
三、 判断题(每小题2分,共计16分)
1、根据连续性方程,流速与过流断面面积成正比。 (×)
2、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。 (×)
3、只有过水断面上各点流速相等的流动才是均匀流 (×)
4、均匀流与渐变流一定是恒定流,急变流一定是非恒定流。 (×)
5、判别圆管水流是层流或紊流流态的临界雷诺数Re为2000。 (√)
6、层流一定是均匀流,紊流一定是非均匀流。 (×)
7、根据达西公式hf =λ,层流沿程水头损失与流速平方成正比。(×)
8、紊流粗糙区的沿程水头损失系数只与雷诺数有关。 (×)
四、 问答题(每小题5分,共计10分)
1、 有人说“均匀流一定是恒定流”,这种说法是否正确?为什么?
答: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。
2、 根据尼古拉兹实验,简单叙述沿程水头损失系数λ在不同流态的变化规律。
答:通过尼古拉兹实验可以发现:在层流中λ仅是雷诺数Re的函数并与Re成反比;在层流到紊流过渡区,λ仅是Re的函数;在紊流光滑区λ=f1(Re);过渡区λ=f2(Re,△/d);粗糙区λ=f3(△/d),紊流粗糙区又称为阻力平方区。
五、计算题(共5题,计56分)
1、 管道直径 d = 10 mm,通过流量 Q= 20 cm3/s,运动粘度ν= 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? (8分)
解:(1)∵运动粘度ν= 0.0101 cm2/s,而管道截面积A=πd2/4,=Q/A,
则管道流动的雷诺数:
∴管道水流为紊流。
(2)∵管道流动的雷诺数,故可知水温、流量不变,管径扩大3倍后的雷诺数
∴将直径改为 d = 30 mm,水温、流量不变,管中水流是层流。
2、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,管嘴局部水头损失系数ζ=0.2,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。 ( 12分)
3
2
1
解:(1)以管嘴出口为基准面,对水面1和管嘴出口2列能量方程,得:
由h=5 m,ζ=0.2,α=1得
=9.04m/s
(2) 以管嘴出口为基准面,管嘴出口2和水面3列能量方程,得:
由=9.04m/s,α=1得
3 、已知如图所示的文丘里管流量计,管的直径d1 =5cm,d2=2cm,1断面与喉管断面的测压管水头差为Δh =5cm ,如果文丘里管流量计流量修正系数μ=0.98,求管路中通过流量Q为多少?(不计水头损失) (12分)
解:计算文丘里管常数:
管路中通过的流量:
4、某水平管路的直径d1=7.5cm,管内流速v1=0.70m/s,管路末端接一渐缩喷嘴通入大气(如图)。喷嘴出口直径d2=2.0cm,用压力表测得管路与喷嘴接头处压强p=49kN/m2,求水流对喷嘴的水平作用力F(取动量校正系数为1)(12分)
x
解:取管路1-1断面和管嘴2-2断面为计算断面,根据连续方程得:
对喷嘴建立x方向的动量方程,β=1得:
pA1 – F′=βρQ(v2x – v1x)
F′= pA1 –βρQ(v2 – v1)=49×(1/4) ×3.14×0.0752 - 1×1×0.0031×(2.625-0.7)
=0.21KN
水流对喷嘴的水平作用力F与F′大小相等,方向相反。
5、有一浆砌块石的矩形断面渠道,宽b = 6m,当Q = 14.0m3/s时,渠中均匀水深h = 2m,糙率n = 0.025,试求500m长渠道中的沿程水头损失。 (12分)
解:计算渠道断面水力要素:
过流断面面积A=bh=6×2=12m2
湿周χ=b+2h=6