《水力学#》期末复习题

一、填空题（每小题4分，共16分）

1．有一明渠均匀流，通过流量Q55m3/s，底坡i0.0004，则其流量模数K= . 2．水泵进口真空计的读数为pk24.5KN/m2，则该处的相对压强水头为 m 3．矩形断面渠道，水深h=1m，单宽流量q1m3/s,则该水流的佛汝德数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C100m1/2/s，则沿程阻力系数= 。

二、单项选择题（每小题3分，共30分）

1.静水中若某点的真空压强是20kPa，则其相对压强是 （ ） （A）118 kPa （B）78 kPa （C）-20 kPa （D）-78 kPa

2.水力最佳断面是 （ ） （A）湿周一定，面积最小的断面， （B）面积一定，通过流量最大的断面， （C）最低造价的断面， （D）最小糙率的断面

3.紊流中粘滞底层厚度  比绝对粗糙度大得多的壁面称为 （ ） （A）光滑面 （B）过渡粗糙面 （C）粗糙面 （D）以上答案均不对 4.当水流的沿程水头损失系数λ只与边界粗糙度有关，可判断该水流属于 （ ） （A）层流区 （B）紊流光滑区 （C）紊流过渡区 （D）紊流粗糙区 5.明渠中发生 a1 型水面曲线，则水流属于 （ ） （A）急流 （B）缓流 （C）均匀流 （D）层流

6.过堰水流的流量Q与堰顶水头H的 （ ） （A） 1/2次方成正比 （B） 3/2次方成正比 （C） 2次方成正比 （D） 1次方成正比

7.静止液体中同一点各方向的压强 （ ）

（A）数值相等 （B）数值不等 (C)仅水平方向数值相等 (D)铅直方向数值最大 8.在平衡液体中，质量力与等压面 （ ） (A)重合 (B)平行 (C)斜交 (D)正交

9.液体只受重力作用，则静止液体中的等压面是 （ ） （A）任意曲面； （B）水平面 （C）斜平面 （D）旋转抛物面 10.液体中某点的绝对压强为88kN/m，则该点的相对压强为 （ ）

1

2

（A）10 kN/m （B）-10kN/m （C）12 kN/m （D）-12 kN/m 11.过水断面是指 （ ） （A）与流线平行的断面 （B）与流线正交的横断面 （C）与流线斜交的横断面 （D）与迹线正交的横断面

12.水力学中的一维流动是指 （ ） （A）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。

13.作用水头相同时，孔口的过流量要比相同直径管咀的过流量 （ ） （A）大 （B）小 （C）相同 （D）无法确定

14.已知液体流动的沿程水力摩擦系数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 （ ）

（A）层流区 （B）紊流光滑区 （C）紊流过渡粗糙区； （D）紊流粗糙区 15.紊流的流速分布为 （ ） （A）呈抛物线分布 （B）呈线性分布

（C）比层流分布更均匀 （D）比层流分布更不均匀

16.长管的总水头线与测压管水头线 （ ） （A）相重合 （B）相平行，呈直线 （C）相平行，呈阶梯状 17.矩形水力最佳断面的宽深比β= （ ） （A）1 （B）2 （C）3 （D）4

18.在明渠中不可以发生的流动是 （ ） （A）恒定均匀流 （B）恒定非均匀流 （C）非恒定均匀流 （D）非恒定非均匀流。

19.在缓坡明渠中不可以发生的流动是 （ ） （A）均匀缓流 （B）均匀急流 （C）非均匀缓流 （D）非均匀急流

20.底宽b = 1.5 m的矩形明渠，通过的流量Q = 1.5 m/s，已知渠中某处水深h = 0.4 m，则该处水流的流态为 （ ） （A）缓流 （B）急流 （C）临界流

21.闸孔出流的流量与闸前水头的（ ）成正比。

（A）1次方 （B）2次方 （C）3/2次方 （D）1/2次方 22.堰流的流量与堰顶水头的 成正比。

（A）1/2次方 （B）3/2次方 （C）2次方 （D）1次方

3

2222

2

23.溢流坝下泄水流收缩断面水深 hc的共轭水深为 hc2 ，下游河道水深为ht，形成远离水跃的条件是 （ ）

（A）ht = hc2 （B）ht ＞ hc2 （C）ht ＜ hc2 （D）无法确定

24.渗流研究的对象是（ ）的运动规律。

（A）重力水 （B）毛细水 （C）气态水 （C）薄膜水 25.渗流的达西公式只能适用于 （ ） （A）恒定均匀层流 （B）恒定均匀紊流 （C）恒定均匀流 （D）非恒定流

26.按重力相似准则设计的水力学模型，长度比尺λL=100，模型中水深为0.1m，则原型中对应点水深为 （ ）

（A） 0.5 m （B）1 m （C）5.0 m （D）10 m

27.按重力相似准则设计模型，若几何比尺为100，则流速比尺为 （ ） （A）100 （B）10 （C）20 （D）50

28.测量水槽中某点水流流速的仪器有 （ ） （A）文丘里计 （B）毕托管 （C）测压管 （D）薄壁堰 29.量测明槽流量的仪器是（ ）

（A）文丘里计； （B）电磁流量计 （C）量水堰 （D）孔板流量计 30.下列物理量中，有量纲的数为（ ）

（A）佛汝德数Fr （B）沿程阻力系数 （C）渗流系数k （D）堰流流量系数m 31.缓坡明渠中的均匀流是（ ）

（A）缓流 （B）急流 （C）临界流 （D）可以是急流或缓流 32.管流的负压区是指测压管水头线（ ）

（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

33.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（ ）

（A）h1>h2 （B）h1

（A）流量 （B）切应力 （C）沿程水头损失 （D）水力坡度 35.平衡液体的等压面必为（ ）

（A）水平面 （B）斜平面 （C）旋转抛物面 （D）与质量力正交的面 36.理想液体恒定有势流动，当质量力只有重力时， （ ）

3

（A）整个流场内各点的总水头(zp/u2/2g)相等 （B）只有位于同一流线上的点，总水头(zp/u2/2g)相等 （C）沿流线总水头(zp/u2/2g)沿程减小 （D）沿流线总水头(zp/u2/2g)沿程增加

37.有一溢流堰，堰顶厚度为2m，堰上水头为2m，则该堰流属于（ ） （A）薄壁堰流 （B）宽顶堰流 （C）实用堰流 （D）明渠水流 38.同一管道中，当流速不变，温度上升时，则雷诺数（ ） （A）增大 （B）减小 （C）不变 （D）不一定

39.一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（ ）倍

（A）1 （B）2 （C）2 （D）4

三、判断题（正确的在括号内划“√”，反之划“╳”，每小题1分，共12分）

1.牛顿内摩擦定律适用于层流运动和牛顿流体。 （ ） 2.根据连续性方程，流速与过流断面面积成正比。 （ ） 3.根据能量方程水流，水流总是从位置高的地方向位置低的地方流动。 （ ） 4.层流一定是均匀流，紊流一定是非均匀流。 （ ） 5.明渠水流的急流和缓流是用佛汝德数Fr判别的，当 Fr＞1时为急流。 （ ） 6.均匀流过水断面上各点的测压管水头都相同。 （ ） 7.明渠水流的断面比能沿流程总是增加的。 （ ） 8.渗流模型中的渗流流速与实际渗流流速相等。 （ ） 9.理想液体就是不可压缩液体。 （ ） 10.作用任意平面上静水总压力的作用点与平面的形心点重合。 （ ） 11.均质连续静止液体内任何一点的测压管水头等于常数。 （ ） 12.水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。 （ ） 13.渐变流过水断面上各点的测压管水头都相同。 （ ） 14.水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。 （ ） 15.紊流光滑区的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。   16.粘滞性是液体产生水头损失的内因。 （ ） 17.在流量和渠道断面形式一定的条件下，跃前水深越大，跃后水深也越大。（ ） 18.渗流达西定律适用的条件是恒定均匀层流渗流，并且无渗透变形。 （ ）

4

19.两个液流只要在相应点的速度和加速度的大小成比例，则两个液流就是运动相似的。

（ ）

四、问答题（每小题5分，共20分）

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？

2．简要叙述泄水建筑物下游消能的主要形式有哪几种？它们各自适用的条件是什么？ 3. 什么是理想液体？为什么要引入理想液体的概念？ 4.“均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？ 5.简述尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数λ的变化规律。

CRi只适用于阻力平方区？ 6.为什么舍齐公式v

7.分析水面曲线时，如何寻找急流和缓流的控制断面？ 8.在渗流计算中达西定律与杜比公式有何区别？

五、作图题（8分）

1．画出如图示曲面ABC上的水平压强分布图与压力体图。

2．画出如图短管上的总水头线与测压管水头线。

V上0 V下0

3．有三段不同底坡的棱柱体渠道首尾相连，每段都很长，且断面形状、尺度及糙率均相同。

5

试定性画出各段渠道中水面曲线可能的连接形式。

K i1=ic i2ic

K 六、计算题（共22分）

1.图示圆弧形闸门AB（1/4圆）， A点以上的水深H＝1.4m，闸门宽度b= 4m，圆弧形闸门的半径R=1m，水面为大气压强。试确定圆弧形闸门AB的静水总压力大小及其方向。（10分）

H O R R A B 2.某矩形断面渠道，通过的流量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。 （10分）

3.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：下游无水时启门力T。 （10分）

δ

4.水温 10。C时，水的运动粘度ν＝0.0131cm2/s，管径为 10 cm，管中流速为 100 cm/s，试判别水流流态，并求在该管中转变为另一种流态时的流速。（6分）

6

5.图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积 A=0. m2，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，沿程水力摩擦系数λ=0.024，上下游水位差

H=3m。求通过的流量

Q。（10

分）

6.从水箱接一橡胶管道及喷嘴（如图）。橡胶管直径D=7.5cm，喷嘴出口直径d=2.0cm。水头H=5.5M。由水箱至喷嘴的水头损失hw=0.5m。用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强p=4.9Ncm2。如用手握住喷嘴，需要多大 的水平力R ，行近流速v0=0，取动能校正系数均为1。（15分）

7.有一梯形渠道，底宽 b =10 m，水深 h = 3 m，边坡为 1:1，糙率 n = 0.014，底坡i=0.001。如流动在紊流粗糙区 ，求流量Q。（8分）

8.有一梯形渠道，底宽 b =10 m，水深 h = 3 m，边坡为1:1，糙率 n = 0.014，底坡i=0.001。如流动在紊流粗糙区 ，求通过的流量Q 。 （10分）。

参：

一、填空题

1. 2750m/s 2. –2.5m 3. 0.32m 4. 自由出流 5. 矩形/或均匀分布 6．0.00784 二、单项选择题

1. C 2. B 3. A 4. D 5. B 6. B 7. A 8. D 9.B 10.B 11.B 12.D 13.B 14.C 15.C 16.A 17.B 18.C 19.B 20.B 21.D 22.B 23.C 24.A 25.A 26.D 27.B 28.B 29.C 30.C 31.A 32.C 33.B 34.C 35. D

7

3

36. B 37.C 38.A 39.D 三、判断题

1. √ 2. √ 3.× 4. × 5. √ 6. √ 7. × 8. × 9. × 10. × 11. √ 12. × 13. √ 14. × 15. √16. √ 17. × 18. √ 19. × 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？

答案：液体的可压缩性是指：当外界的压强发生变化时液体的体积也随之而发生改变的特性。液体的可压缩性在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．简要叙述泄水建筑物下游消能的主要形式有哪几种？它们各自适用的条件是什么？ 答案：泄水建筑物下游消能的主要形式有底流消能、面流消能、挑流消能和消力戽消能，其中底流消能和挑流消能应用最多。底流消能需要修建消力池，工程量较大，适用地质条件较差的水库泄水建筑物下游和河道闸下游消能；面流消能要求下游水位变幅较小；挑流消能适用地质条件较好的高水头泄水建筑物下游的消能。 3. 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，在液体流动时会引起能量损失，给分析液体运动带来很大困难。为了简化液体运动的讨论，我们引入了理想液体的概念，忽略液体的粘滞性，分析其运动规律，然后再考虑粘滞性影响进行修正，可以得到实际水流的运动规律，用以解决实际工程问题。这是水力学重要的研究方法。 4.“均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？

答案：这种说法错误的。均匀是相对于空间分布而言，恒定是相对于时间而言。当流量不变通过一变直径管道时，虽然是恒定流，但它不是均匀流。 5.简述尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数λ的变化规律。

答案：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， ）；粗糙区λ=f3（ ），紊流粗糙区又称为阻力平方区。

RR6.为什么舍齐公式v CRi只适用于阻力平方区？

答案：舍齐公式是根据明渠均匀流的大量观察资料总结的公式，自然界中明渠水流几乎都处于紊流阻力平方区，因此该公式只适用于紊流阻力平方区。 7.分析水面曲线时，如何寻找急流和缓流的控制断面？

答案：急流的控制断面在上游，因为外界对急流的干扰不能向上游传播；缓流的控制断

8

面在下游，其原因与急流正好相反。

8.在渗流计算中达西定律与杜比公式有何区别？

答案：达西定律适用于任一点的渗流流速u=kJ，其适用于恒定均匀层流渗流；而杜比公式是适用于恒定非均匀渐变层流渗流，同一过水断面上各点的渗流流速都相等且等于v= kJ。

五、作图题

V上0 V下0

i1=ic i2ic

五、计算题

1、图示圆弧形闸门AB（1/4圆）， A点以上的水深H＝1.4m，闸门宽度b= 4m，圆弧形闸门的半径R=1m，水面为大气压强。试确定圆弧形闸门AB的静水总压力大小及其方向。 解：弧形闸门AB在铅垂面的投影面的形心水深为

1.4+0.5=1.9 m

水平分力 Px=pcAx=ρg hc×bR=74.48kN 压力体体积 V=bHR+b×0.25πR2= 8.74m2

铅垂分力 Py=ρgV=85.65kN 静水总压力 P2= Px2+ Py2

P=113.50kN

9

tan= Py/Px=1.15 ∴ =49°

合力作用线通过圆弧形闸门的圆心。

2、某矩形断面渠道，通过的流量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。

解： 渠道内的流速 v = Q/A=Q/（bh）= 6m/s

计算佛汝德数 Fr = v/（gh）1/2=6/（9.8×1）1/2 =1.92>1.0 渠道内的水流为急流 水跃的跃前水深h=1m，根据共轭水深计算公式，跃后水深为 hc″=hc （（1+8×F12）1/2-1）/2= 1×（（1+8×1.922）1/2-1）/2=2.26m 即发生水跃所需的跃后水深为2.26m。

3.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：下游无水时启门力T。 （10分） 说明：本题难度中等。要求学生掌握作用在平面上静水总压力计算。

题解和评分标准：

解：闸门上的静水总压力P=pcA，

pc＝ρghc=1000×9.8×（1＋1.73×0.5）=18.27kN/m2 （2分）

P=pcA=18.27×3×1.73÷sin60°＝109.6 kN （2分） 静水总压力作用点到转轴距离为L22311.731.154m （1分）

3211.73各力对转轴取力距Th2/tg60°－G×0.5h2/tg60°－PL=0 （3分）

∴T=131.6kN （2分） 即下游无水时启门力为131.6kN

δ4.水温 10。C时，水的运动粘度ν＝0.0131cm2/s，管径为 10 cm，管中流速为 100 cm/s，试判别水流流态，并求在该管中转变为另一种流态时的流速。（6分）

说明：本题较容易。要求学生掌握水流流态的判别，并会进行雷诺数的计算。 题解和评分标准：

解： Re

vd10010＝76336＞2000，管内为紊流。 （3分）

0.013110

如果要转变为层流则Revd≤2000 ，则v≤

20002.62cm/s （3分） d5.图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积 A=0. m2，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，沿程水力摩擦系数λ=0.024，上下游水位差

H=3m。求通过的流量

Q。（10

分）

说明：本题难度中等。要求学生掌握管道输水能力和方管的水力半径的计算。 题解和评分标准：

lv2) (5分） 解： Hhw(4R2gRA0.2m , 1.9 x3 v4.16m/s , qvvA2.662m/s (5分） 

6.从水箱接一橡胶管道及喷嘴（如图）。橡胶管直径D=7.5cm，喷嘴出口直径d=2.0cm。水头H=5.5M。由水箱至喷嘴的水头损失hw=0.5m。用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强p=4.9Ncm2。如用手握住喷嘴，需要多大 的水平力R ，行近流速v0=0，取动能校正系数均为1。（15分）

说明：本题难度较难。是能量方程和动量方程的综合应用题，要求学生掌握能量方程和动量

方程的建立和计算。

题解和评分标准：

解：列水箱渐变流断面1-1和喷嘴出口断面2- 2能量方程

v H000020.5 (5分）

2g

2v22g59.9ms (1分）

v2A20.704ms (1分） A311

v3

列X向动量方程

p3A3Rqv(v2xv1x) (6分）

Rp3A3A3v3(v2v3)187.79N 水流对喷嘴冲击力 RR 即为手握喷嘴所需之力。

(1分)

7.有一梯形渠道，底宽 b =10 m，水深 h = 3 m，边坡为 1:1，糙率 n = 0.014，底坡i=0.001。如流动在紊流粗糙区 ，求流量Q。（8分）

解：Abhmh239m2 （1分） xb21mh18.5m （1分） R C2A2.11 （1分） x1116

Ri （2分） R81.0m2/s v  CnQ=A.C.(Ri)0.5=145.1 m3/s （3分）

8.有一梯形渠道，底宽 b =10 m，水深 h = 3 m，边坡为1:1，糙率 n = 0.014，底坡i=0.001。如流动在紊流粗糙区 ，求通过的流量Q 。 （10分）。

说明：本题难度中等。要求学生掌握明渠均匀流公式、舍齐系数和流量计算。

解：Abhmh239m2 （1分） xb21mh18.5m （1分）

2A2.11 （2分） x111 CR681.0m2/s （3分）

n R

Q=A.C.(RJ)0.5=145.1 m3/s （3分）

12