1、水力学(绪论、泄水建筇物下游的水流衔接与消能)-试卷 1及答案解析(总分:78.00,做题时间:90 分钟)一、判断题请判断下列各题正误(总题数:4,分数:8.00)1.液体不能承受切力。 ( )(分数:2.00)A.正确B.错误2.液体的内摩擦力与正压力成正比,与作用面面积无关。 ( )(分数:2.00)A.正确B.错误3.速度越大,液体的内摩擦力越大。 ( )(分数:2.00)A.正确B.错误4.计算消力池池深的设计流量是建筑物下泄的最大流量。 ( )(分数:2.00)A.正确B.错误二、单项选择题(总题数:3,分数:6.00)5.单项选择题下列各题的备选答案中,只有一个是符合题意的。(分
2、数:2.00)_6.计算消力池池长的设计流量一般选择_。 ( )(分数:2.00)A.使池深最大的流量B.泄水建筑物的设计流量C.使池深最小的流量D.泄水建筑物下泄的最大流量7.下面几种情况,哪一种情况不需做消能工(h t 为下游水深;h c “为临界水跃的跃后水深)。 ( )(分数:2.00)A.h c “h t 105B.h c “h t 105C.h c “=h tD.h c “105h t三、填空题(总题数:9,分数:18.00)8.填空题请完成下列各题,在各题的空处填入恰当的答案。(分数:2.00)_9.液体的黏性系数随温度的增加而_,气体的黏性系数随温度的_而增加。(分数:2.00
3、)_10.单位质量力、运动黏度和动力黏度的常用单位分别为_、_、_。(分数:2.00)_11.已知二元明渠断面的流速分布为抛物线,如图 1-5所示,则其切应力分布 y 为_分布,切应力最大值在_处。 (分数:2.00)_12.图 16为管道过水断面水流流速分布图,从其对应部位取出水体 A,则水体顶面所受切应力的方向与流向_,底面所受切应力的方向与流向_。 (分数:2.00)_13.从水跃发生的位置、水跃的稳定性以及消能效果综合考虑,底流消能的水跃流态以_水跃为佳,必须避免出现_水跃。(分数:2.00)_14.底流消能主要是通过_来消耗水流的动能,底流消能水力计算的任务是确定_。(分数:2.00
4、)_15.挑流消能的主要优点有_,缺点是_。(分数:2.00)_16.计算消力池池深的设计流量一般选择_。 ( )(分数:2.00)_四、简答题(总题数:1,分数:2.00)17.有一堰流,如图 9-11所示。其堰前水深不变,当下游水深为 h t 时,堰下游为远离式水跃,问当下游水深逐渐增大时,水流情况如何变化? (分数:2.00)_五、计算题(总题数:22,分数:44.00)18.20时水的重度为 =9789kNm 3 ,动力黏度为 =100510 -3 N.sm 2 ,求其运动黏度v。20时空气的重度 =1182Nm 3 ,运动黏度 v=0150cm 2 s,求其动力黏度。(分数:2.00
5、)_19.如图 12所示的黏度计,两筒间距 =03cm,内盛待测液体,悬挂着的内筒半径 r=20cm,高度h=40cm,外筒以角速度 =10rads 旋转,内圆筒不动,此时测得内筒所受力矩 M=4905N.m。试求该液体的动力黏度 。(假设内筒与外筒之间液体速度呈线性变化,内筒底部与该液体的相互作用力可以忽略不计。) (分数:2.00)_20.如图 13所示水流在平板上运动,靠近板壁附近的流速呈抛物线形分布,E 点为抛物线端点,E 点处dudy=1,水的运动黏度 v=1010 -6 m 2 s,试求切应力沿断面的分布规律及 y=0cm,2cm,4cm 处的切应力。 (分数:2.00)_21.已
6、知活塞的直径 d=014m,长度 l=016m。活塞在汽缸内做往复运动,活塞与汽缸内壁的间隙=04mm,其间充满了 =01Pa.s 的润滑油。活塞运动速度 u=1.5ms,润滑油在间隙中的速度按线形分布,求活塞上所受到的摩擦阻力。(分数:2.00)_22.图 1-4为一个底面积为 50cm50cm、质量为 5kg的木块,沿着 5:12 的斜面向下以速度 u=025ms匀速运动。已知木块底面与斜面之间的油层厚度为 =1 mm,润滑油的比重为 092,求油的动力黏度 和运动黏度 v。 (分数:2.00)_23.已知 20时海水的密度 =103gcm 3 ,试求其比重和重度。(分数:2.00)_24
7、.设水的体积弹性模量 K=21910 9 Pa,试问压强改变多少时,其体积才可以相对压缩 1?(分数:2.00)_25.如图 17所示,平板面积为 40cm45cm,厚度为 10cm,质量 m=5kg,沿着涂有厚度 =10mm 油的斜面向下做等速运动,其速度 u=10ms,带动油层的运动速度呈直线分布,求油的动力黏度 和运动黏度 v。( 油 =950kgm 3 ) (分数:2.00)_26.如图 18所示,两平行边界的缝隙内充满动力黏度为 的液体,其中有一面积为 A的极薄的平板在距上边界的距离 x处以速度 u平行移动。求平板所受的拖力 T(缝隙内的流速按直线分布),平板在什么位置运动时所受的拖
8、力最小。 (分数:2.00)_27.如图 19所示的盛水容器,该容器以等角速度 绕中心轴(z 坐标轴)旋转。试写出位于 A(x,y,z)处单位质量所受的质量力分量的表达式。 (分数:2.00)_28.如图 95所示,无闸门控制的溢流坎,下游坎高 P 2 =6m,单宽流量 q=8m 3 s.m 时的流量系数m=045。求收缩断面水深 h c 及临界水跃的跃后水深 h c “。 (分数:2.00)_29.如图 96所示,无闸门控制的溢流坝,坝高 P=13m,单宽流量 q=9m 3 s.m 时的流量系数 m=045。若下游水深分别为 h t1 =7m,h t2 =455m,h t3 =3m,h t4
9、 =15m,试判断这 4个下游水深时的底流衔接形式。 (分数:2.00)_30.如图 97所示,无闸门控制的克一奥型曲线溢流坝,上、下游坝高分别为 P 1 =11m,P 2 =10m,过流宽度 b=40m,在设计水头下流量 Q=120m 3 s(m=049),下游水深 h t =25m,(1)判别下游水流的衔接形式;(2)若需采取消能措施,就上述条件提出降低护坦消能池的轮廓尺寸。 (分数:2.00)_31.单孔水闸已建成消能池如图 98所示,池长 L B =16m,池深 d=15m。在图示的上、下游水位时开闸放水,闸门开度 e=1m,流速系数 =09。验算此时消能池中能否发生稍有淹没的水跃衔接
10、。 (分数:2.00)_32.顶孔由平板闸门控制的溢流坝,有多种运用情况,其中一组为,当水头 H=2535 m 时,闸门开度e=15 m,坎高 P=85 m,流速系数 =09。下游水深与单宽流量的关系见下表。试选定这组消能池设计单宽流量 q ds 及 q dt 。 (分数:2.00)_33.如图 910所示,有一 WES型溢流坝,坝高 P=50m,连续式挑流鼻坎高 a=85m,挑角 =30。下游河床为第类岩基。坝的设计水头 H d =6m。下泄设计洪水时的下游水深 h t =65m。估算:(1)挑流射程;(2)冲刷坑深度;(3)检验冲刷坑是否危及大坝安全。 (分数:2.00)_34.某矩形断面
11、渠道中有一泄洪闸,闸门为平面闸门。已知闸上游水深 H=5m,下游水深 h t =25m,闸门开度 e=2m,垂向收缩系数 =06,流速系数 =095。试判别闸孔下游是否要做消能工。(分数:2.00)_35.设有一溢流坝,各部位的高程如图 912所示。当下泄单宽流量 q=15m 3 s.m 时,下游矩形断面河槽中的水深 h t =55m,坝趾收缩断面水深 h c0 =086m,流量系数 m=049。(1)求坝顶全水头 H 0 ;(2)求坝前水流总能量 E 0 ;(3)坝下游是否产生水跃?(4)判别坝下游是否要采取消能措施。 (分数:2.00)_36.单孔进水闸,设计单宽流量 q=12m 3 s.
12、m,流速系数 =095,其他数据如图 913所示。判别下游水流的衔接形式;若需要采取消能措施,设计这种条件下降低护坦消能池的轮廓尺寸。 (分数:2.00)_37.无闸门控制的克一奥型曲线溢流坝,上、下游坝高分别为 P 1 =11m,P t =10m,过流宽度 b=50m,在设计水头下流量 Q=150m 3 s(m=049),下游水深 h t =25m,(1)判别下游水流的衔接形式;(2)若需采取消能措施,就上述条件提出加筑消能坎的轮廓尺寸。(分数:2.00)_38.某水库溢流坝为单孔,坝面按 WES型曲线设计,坝末端设有挑角 为 35的挑坎。其他已知数据: (1)下泄流量 Q为 450m 3
13、s; (2)上游水位高程为 168865m;(3)下游水位高程为 166196m;(4)下游河床高程为 165730m;(5)溢流宽度与挑坎宽度相同,即 b为 30m;(6)坝下游河床岩基属类。其余尺寸如图 914所示。试计算下泄水流的射程和冲刷坑深度。 (分数:2.00)_39.某分洪闸建于宽度为 10m的矩形渠道中,底坎为衄线型低堰,流速系数为 0903,泄洪流量 q=110m 3 s.m,其他有关数据如图 915所示。试设计这种条件下降低护坦高程消能池的轮廓尺寸。 (分数:2.00)_水力学(绪论、泄水建筇物下游的水流衔接与消能)-试卷 1答案解析(总分:78.00,做题时间:90 分钟
14、)一、判断题请判断下列各题正误(总题数:4,分数:8.00)1.液体不能承受切力。 ( )(分数:2.00)A.正确B.错误 解析:2.液体的内摩擦力与正压力成正比,与作用面面积无关。 ( )(分数:2.00)A.正确B.错误 解析:3.速度越大,液体的内摩擦力越大。 ( )(分数:2.00)A.正确B.错误 解析:4.计算消力池池深的设计流量是建筑物下泄的最大流量。 ( )(分数:2.00)A.正确B.错误 解析:二、单项选择题(总题数:3,分数:6.00)5.单项选择题下列各题的备选答案中,只有一个是符合题意的。(分数:2.00)_解析:6.计算消力池池长的设计流量一般选择_。 ( )(分
15、数:2.00)A.使池深最大的流量B.泄水建筑物的设计流量C.使池深最小的流量D.泄水建筑物下泄的最大流量 解析:7.下面几种情况,哪一种情况不需做消能工(h t 为下游水深;h c “为临界水跃的跃后水深)。 ( )(分数:2.00)A.h c “h t 105B.h c “h t 105 C.h c “=h tD.h c “105h t解析:三、填空题(总题数:9,分数:18.00)8.填空题请完成下列各题,在各题的空处填入恰当的答案。(分数:2.00)_解析:9.液体的黏性系数随温度的增加而_,气体的黏性系数随温度的_而增加。(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:减小、增加)解析:1
16、0.单位质量力、运动黏度和动力黏度的常用单位分别为_、_、_。(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:ms 2 、m 2 s、Nsm 2)解析:11.已知二元明渠断面的流速分布为抛物线,如图 1-5所示,则其切应力分布 y 为_分布,切应力最大值在_处。 (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:线性、渠底 y=0)解析:12.图 16为管道过水断面水流流速分布图,从其对应部位取出水体 A,则水体顶面所受切应力的方向与流向_,底面所受切应力的方向与流向_。 (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:相反、相同)解析:13.从水跃发生的位置、水跃的稳定性以及消能效果综合考虑,底流消能的水跃流态
17、以_水跃为佳,必须避免出现_水跃。(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:稍有淹没的、远驱水跃)解析:14.底流消能主要是通过_来消耗水流的动能,底流消能水力计算的任务是确定_。(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:水跃、消力池池长、池深)解析:15.挑流消能的主要优点有_,缺点是_。(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:挑流消能的优点是可以不用在下游修建护坦,构造简单,便于维修;缺点是雾气大,尾水波动大)解析:16.计算消力池池深的设计流量一般选择_。 ( )(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:使池深最大的流量)解析:四、简答题(总题数:1,分数:2.00)17.有一堰流,如
18、图 9-11所示。其堰前水深不变,当下游水深为 h t 时,堰下游为远离式水跃,问当下游水深逐渐增大时,水流情况如何变化? (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:水跃逐渐向上游移动,然后变为临界水跃、淹没水跃。)解析:五、计算题(总题数:22,分数:44.00)18.20时水的重度为 =9789kNm 3 ,动力黏度为 =100510 -3 N.sm 2 ,求其运动黏度v。20时空气的重度 =1182Nm 3 ,运动黏度 v=0150cm 2 s,求其动力黏度。(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:对于水 对于空气 )解析:19.如图 12所示的黏度计,两筒间距 =03cm,内盛待测液
19、体,悬挂着的内筒半径 r=20cm,高度h=40cm,外筒以角速度 =10rads 旋转,内圆筒不动,此时测得内筒所受力矩 M=4905N.m。试求该液体的动力黏度 。(假设内筒与外筒之间液体速度呈线性变化,内筒底部与该液体的相互作用力可以忽略不计。) (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:作用在侧壁上黏性切力产生的力矩为 )解析:20.如图 13所示水流在平板上运动,靠近板壁附近的流速呈抛物线形分布,E 点为抛物线端点,E 点处dudy=1,水的运动黏度 v=1010 -6 m 2 s,试求切应力沿断面的分布规律及 y=0cm,2cm,4cm 处的切应力。 (分数:2.00)_正确答案:
20、(正确答案:设流速分布 u=Ay 2 +By+C,利用给出的条件确定待定常数 A,B,C。 (1)根据实际流体的无滑移现象,当 y=0时,u=0,因此 C=0。 (2)当 y=004m 时,u=1ms,则有 1=A004 2 +B004 (3)E 点有 联立上述方程求得:A=一 600,B=49。 )解析:21.已知活塞的直径 d=014m,长度 l=016m。活塞在汽缸内做往复运动,活塞与汽缸内壁的间隙=04mm,其间充满了 =01Pa.s 的润滑油。活塞运动速度 u=1.5ms,润滑油在间隙中的速度按线形分布,求活塞上所受到的摩擦阻力。(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:流速梯度 切
21、应力 = )解析:22.图 1-4为一个底面积为 50cm50cm、质量为 5kg的木块,沿着 5:12 的斜面向下以速度 u=025ms匀速运动。已知木块底面与斜面之间的油层厚度为 =1 mm,润滑油的比重为 092,求油的动力黏度 和运动黏度 v。 (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:木块在运动方向上的重力分量与润滑油的摩擦力相平衡,即 由于油层很薄,可以近似取润滑油中的速度为线性分布,即 )解析:23.已知 20时海水的密度 =103gcm 3 ,试求其比重和重度。(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:=1030kgm 3 ,比重: )解析:24.设水的体积弹性模量 K=219
22、10 9 Pa,试问压强改变多少时,其体积才可以相对压缩 1?(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:dp= )解析:25.如图 17所示,平板面积为 40cm45cm,厚度为 10cm,质量 m=5kg,沿着涂有厚度 =10mm 油的斜面向下做等速运动,其速度 u=10ms,带动油层的运动速度呈直线分布,求油的动力黏度 和运动黏度 v。( 油 =950kgm 3 ) (分数:2.00)_正确答案:(正确答案: )解析:26.如图 18所示,两平行边界的缝隙内充满动力黏度为 的液体,其中有一面积为 A的极薄的平板在距上边界的距离 x处以速度 u平行移动。求平板所受的拖力 T(缝隙内的流速按直
23、线分布),平板在什么位置运动时所受的拖力最小。 (分数:2.00)_正确答案:(正确答案: )解析:27.如图 19所示的盛水容器,该容器以等角速度 绕中心轴(z 坐标轴)旋转。试写出位于 A(x,y,z)处单位质量所受的质量力分量的表达式。 (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:离心力 F= )解析:28.如图 95所示,无闸门控制的溢流坎,下游坎高 P 2 =6m,单宽流量 q=8m 3 s.m 时的流量系数m=045。求收缩断面水深 h c 及临界水跃的跃后水深 h c “。 (分数:2.00)_正确答案:(正确答案: )解析:29.如图 96所示,无闸门控制的溢流坝,坝高 P=13
24、m,单宽流量 q=9m 3 s.m 时的流量系数 m=045。若下游水深分别为 h t1 =7m,h t2 =455m,h t3 =3m,h t4 =15m,试判断这 4个下游水深时的底流衔接形式。 (分数:2.00)_正确答案:(正确答案: )解析:30.如图 97所示,无闸门控制的克一奥型曲线溢流坝,上、下游坝高分别为 P 1 =11m,P 2 =10m,过流宽度 b=40m,在设计水头下流量 Q=120m 3 s(m=049),下游水深 h t =25m,(1)判别下游水流的衔接形式;(2)若需采取消能措施,就上述条件提出降低护坦消能池的轮廓尺寸。 (分数:2.00)_正确答案:(正确答
25、案: E 0 =H 0 +P 2 =124+10=1124(m) (2)消能池尺寸计算。 由式(95)代入式(94)整理得(取 095): )解析:31.单孔水闸已建成消能池如图 98所示,池长 L B =16m,池深 d=15m。在图示的上、下游水位时开闸放水,闸门开度 e=1m,流速系数 =09。验算此时消能池中能否发生稍有淹没的水跃衔接。 (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:依题意 E 0 =27942250=544m,H=279424=394m,下游水深 h t =2624=2m 试算得: )解析:32.顶孔由平板闸门控制的溢流坝,有多种运用情况,其中一组为,当水头 H=2535
26、 m 时,闸门开度e=15 m,坎高 P=85 m,流速系数 =09。下游水深与单宽流量的关系见下表。试选定这组消能池设计单宽流量 q ds 及 q dt 。 (分数:2.00)_正确答案:(正确答案: 作 h“q及 h t 一 q辅助曲线图(图 99),可见在 q=65m 2 s 时,(h c “一 h t )最大,故池深池长的设计流量应均为 q d =65m 2 s )解析:33.如图 910所示,有一 WES型溢流坝,坝高 P=50m,连续式挑流鼻坎高 a=85m,挑角 =30。下游河床为第类岩基。坝的设计水头 H d =6m。下泄设计洪水时的下游水深 h t =65m。估算:(1)挑流
27、射程;(2)冲刷坑深度;(3)检验冲刷坑是否危及大坝安全。 (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:(1)对于 高坝忽略行近流速水头 上下游水位差:Z=P+H d 一 h t =50+665=495(m) 对于类岩石,查相关表取 K=15 冲刷坑深度 t s =Kq 0.5 Z 0.25 -h t =15 3266 0.5 495 0.25 一 65=1624(m) 对于高坝 S 1 S=P+H d 一 a=50+6-85=475(m) )解析:34.某矩形断面渠道中有一泄洪闸,闸门为平面闸门。已知闸上游水深 H=5m,下游水深 h t =25m,闸门开度 e=2m,垂向收缩系数 =06,流
28、速系数 =095。试判别闸孔下游是否要做消能工。(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:h c0 “h t =25m,闸下游发生远离式水跃,要做消能工。)解析:35.设有一溢流坝,各部位的高程如图 912所示。当下泄单宽流量 q=15m 3 s.m 时,下游矩形断面河槽中的水深 h t =55m,坝趾收缩断面水深 h c0 =086m,流量系数 m=049。(1)求坝顶全水头 H 0 ;(2)求坝前水流总能量 E 0 ;(3)坝下游是否产生水跃?(4)判别坝下游是否要采取消能措施。 (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:H 0 =363m、E 0 =1863m,h c =284m,h c
29、02 =689mh t ,远离式水跃,需消能工。)解析:36.单孔进水闸,设计单宽流量 q=12m 3 s.m,流速系数 =095,其他数据如图 913所示。判别下游水流的衔接形式;若需要采取消能措施,设计这种条件下降低护坦消能池的轮廓尺寸。 (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:h c “=513mh t =3m,远驱水跃、d=21 m,L B =07569(548085)=240m。)解析:37.无闸门控制的克一奥型曲线溢流坝,上、下游坝高分别为 P 1 =11m,P t =10m,过流宽度 b=50m,在设计水头下流量 Q=150m 3 s(m=049),下游水深 h t =25m,(1)判别下游水流的衔接形式;(2)若需采取消能措施,就上述条件提出加筑消能坎的轮廓尺寸。(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:h c “=2