水力学复习题及答案1.doc
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1、水力学复习题及答案1 水 力 学 复 习 题 1一、单项选择题填写唯一正确答案的编号本大题共10小题,每题2分,共20分1. 以下物理量中,有量纲的数为 C A佛汝德数Fr B. 沿程阻力系数lC渗流系数k m/day D. 堰流流量系数m2. 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在基准面以下的局部 B. 在下游自由水面以下的局部C 在管轴线以下的局部 D. 在基准面以上的局部4. 有两条梯形断面渠道1和2,其流量、边坡系数、糙率和底坡相同,但底坡i1>i2,那么其均匀流水深h1和h2的关系为 B Ah
2、1>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, BA整个流场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,那么雷诺数 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
3、1 B.2 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Q2水泵进口真空计的读数为pk=55m/s3,底坡i2=0.0004,那么其流量模数K=24.5KN/m,那么该处的相对压强水头为3矩形断面渠道,水深h=1m,单宽流量q=1m3/s,那么该水流的佛汝德数Fr。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渗流杜比公式说明,在渐变渗流中过水断面的流速分布为6谢才系数C=100m1/2/s,那么沿程阻力系数l。7当液流为 恒定流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
4、小题,共54分1本小题10分如下图,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,h1=2m,h2=3m,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,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,管轴线与水平面夹角q=30o,渐变段长L=10m,渐变段中水体重量G=2KN,进水管直径d1=0.2m,流速V1=1m/s,形心点相对压强水头p1/g=50m水柱高,出水管直径d2=0.1m,不计水头损失,试求固定段管路
5、所受的作用力Rx和Ry。 水力学1答案: 一、单项选择题20分1.C 2. A 3.C 4.B 5. C6.D 7.B 8.C 9.A 10.D二、填空题16分1. 2750m3/s2. 2.5m3. 0.32m4. 自由出流 5. 矩形/或均匀分布60.007847.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:Px=ghcA=9.82.511=24.5KN() 2分垂直方向静水总压力:Pz总静水总压力:P=2=gV=9.8(311-p1/4)=21.71KN() 22 2分 Px+Pz=tg-124.5+2
6、1.71=tg-122=32.73KNo 1分 与水平方向的夹角:qPzPx21.7124.5=41.5 1分距底部B点的垂直距离:e=Rsinq=1sin41.5o=0.663m 2分210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hf/2=1m 4分 列水箱和出口断面能量方程得,3所以V=4g/3=3.615m=2+xV2/2g+V2/2gx=0.5 5分3Q=VA=3.6150.10.1p/4=0.0284m/s=28.4l/s 1分312分23V2=(d1/d2)V1=4m/s, Q=V1A1=0.0314m/s 1分以过1-1断面中心的水平面为基准面,写出1-1和2
7、-2断面能量方程:z1+p1g+a1V12g122=z2+p2g+a2V22gp22 取+42a1=a2=1 3分 0+50+19.6=10sin30o+g19.6,2得p2/g=44.23m水柱,即p2=9.844.23=433.5KN/m 2分 而p1=9.850=490KN/m2,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Rx和Ry,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:p1A1-p2A2-Gsin300-Rx=rQ(b2V2-b1V1)o 取b1=b2=1Rx=p1A1-p2A2-Gsin30-rQ(V2-V1)(4-1)/1000 =4900.03
8、14-433.50.00785-20.5-10000.0314=15.93-3.4-1-0.9=10.9KN 3分y方向的动量方程:0Ry-Gcos30=0Ry=Gcos300=20.866=1.73KN 2分水流对管壁的作用力与Rx和Ry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、1.752.0次方关系;d、不能确定2、液体流动的沿程水头损失系数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
9、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、14、突扩前后有压管道的直径之比d1/d2 =1:2,那么突扩前后断面的雷诺数之比为 a a、2 b、1 c、0.5 d、0.255、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 每题2分,共计8分1、恒定流时流线与迹线 。2、实际液体在流动时产生水头损失的边界条件的影响 。3、雷诺试验揭示了液体存在和来判别液流的流态。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 增大 。三、 判断题 每题2分,共计16分1、根据连续性方
10、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 =lv24R2g,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
11、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,简单表达沿程水头损失系数在不同流态的变化规律。答:通过尼古拉兹实验可以发现:在层流中仅是雷诺数Re的函数并与Re成反比;在层流到紊流过渡区,仅是Re的函数;在紊流光滑区=f1Re; 过渡区=f2Re,/d;粗糙区=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= 0.0101 cm2/s。问管中水流流态属层流还是紊流?假设将直径改为 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
12、粘度= 0.0101 cm2/s,而管道截面积A=d/4,v=Q/A, 2那么管道流动的雷诺数:Re=vd=4Qd=420103.141010-3-6-40.010110=2523f2000(Rek)管道水流为紊流。2管道流动的雷诺数Re=vd=4Qd,故可知水温、流量不变,管径扩大3) 倍后的雷诺数Re=4Q(3d)=13Re=132523=841p2000(Rek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 12分解:1以管嘴出口为基准面,对水面1和管嘴出口2132 列能量方程,得: h+0+0=0+0+2g2+22g由h=5 m,
13、=0.2,=1得h=22g2+0.222g 229.8+0.229.8=5=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:0+0+2g2=z+0+0由=9.04m/s,=1得z=22g=9.04229.8=4.17m3 、如下图的文丘里管流量计,管的直径d1 =5cm,d2=2cm,1断面与喉管断面的测压管水头差为h =5cm ,如果文丘里管流量计流量修正系数=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:k=d212g(d1/d2)441=3.140.054229.8(0.05/0.02)41=0.0014m2.5/s 管路中通过
14、的流量:Q=kh=0.980.00140.05=0.0003m/s3 4、某水平管路的直径d1=7.5cm,管 12分 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:Q=v1A1=v114d21x 3=0.7143.140.0752=0.0031m/s v2=(d1/d2)v1=(0.075/0.02)0.7=2.625m/s 22对喷嘴建立x方向的动量方程,=1得:pA1 F=Q(v2x v1x)F= pA1 Q(v2 v1)=49(1/4) 3.140.0752 - 110.0031(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、
15、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=62=12m2湿周=b+2h=6+22=10m 水力半径R=v=QA=1412Ax=1210=1.2m =1.17m/s根据舍齐公式,沿程水头损失:hf=nvR224/3l=0.02521.174/321.2500=0.335m四、综合复习题1、选择题:1在水力学中,单位质量力是指 答案:ca、单位面积液体受到的质量力;b、单位体积液体受到的质量力;c、单位质量液体受到的质量力;d
16、、单位重量液体受到的质量力。2在平衡液体中,质量力与等压面 答案:da、重合; b、平行 c、斜交; d、正交。3水力学中的一维流动是指 答案:da、恒定流动; b、均匀流动;c、层流运动; d、运动要素只与一个坐标有关的流动。4有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R= 答案:ba、8; b、4; c、2; d、1。5同种液体通过两根相同长度,但粗糙高度不同的等直径长直管道,当雷诺数Re相同时,它们的水头损失在 b、层流至紊流过渡区; c、紊流光滑区;d、紊流过渡区; e、紊流粗糙区6在缓坡明渠中不可能发生的流动是 答案:a、c、da、均匀缓流; b、均匀急流; c、非均匀缓流; d、非
17、均匀急流。2、判断题: 1任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。 答案:错误2水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。 答案:错误3在正坡非棱柱渠道 答案:错误4矩形断面水力最正确断面的宽深比=2。 答案:正确5明槽水流的断面比能沿流程总是减小的。 答案:错误3、问答题:1什么是理想液体?为什么要引入理想液体的概念?答案:理想液体是指没有粘滞性的液体。实际液体都具有粘滞性,在液体流动中引起能量损失,给分析液体运动带来很大困难。为了简化液体运动的讨论,引入了理想液体的概念,分析其运动规律,再考虑粘滞性加以修正,可以得到实际水流运动规律,这是水力学中重要的研究方法。2简述尼古拉兹实验中
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