流体力学作业4 答案

1. 对于管道无压流，当充满度分别为（ B ）时，其流量和速度分别达到最大。 A. 0.5, 0.5 B. 0.95, 0.81 C. 0.81, 081 D. 1.0, 1.0 2. 对于a, b, c三种水面线，下列哪些说法是错误（ A ）（ C ） A．所有a、c型曲线都是壅水曲线，即B．所有b型曲线都是壅水曲线，即

dh0，水深沿程增大。 dsdh0，水深沿程增大。 dsdhC．所有a、c型曲线都是降水曲线，即0，水深沿程减小。

dsdhD．所有b型曲线都是降水曲线，即0，水深沿程减小。

ds3. 跌水的形成条件是（ D ）

A.从急流过渡到急流 B.从急流过渡到缓流 C.从缓流过渡到急流 D.从缓流过渡到缓流 4．水跃的形成条件是（ C ）

A.从急流过渡到急流 B.从急流过渡到缓流 C.从缓流过渡到急流 D.从缓流过渡到缓流 5．两段长直的棱柱形渠道，通过的流量相同,（ B ）

A.粗糙系数不同（n1 >n2），其他参数相同（n,b,m,Q)，则h01h02 B.底坡不同（i1i2），其他参数相同（i,b,m,Q)，则h01h02 C.底宽不同（b1b2），其他参数相同（i,n,m,Q)，则h01h02 D.边坡系数不同（m1m2），其他参数相同（i,n,b,Q)，则h01h02

6. 一梯形断面渠道，底宽b=2m，边坡系数m=1.0，明渠中的水深h=0.5m, 则湿周、水力半径R分别为（ D ）

A. 3.414, 0.366 B. 3.5, 0.30 C. 3.414, 0.30 D. 3.5, 0.366 二、判断题

1、缓流一定是均匀流，急流一定不是均匀流。 （ 错误 ） 2、断面单位能量沿程可大、可小，或者不变。（ 错误 ）

1

3、明渠中均匀流一定是恒定流。（ 正确 ） 4、明渠水流，从缓流到急流发生水跃。( 正确 )

5．谈到某水流是临界流、急流、缓流,这是以明渠断面尺寸、流量一定为前题而讲的。 （ 错误 ）

6． 明渠水流的测压管水头线不可能沿程上升。（ 正确 ） 三、简答题

1、简述明渠均匀流的水力特征及其形成条件。 答: 明渠均匀流的水力特征:

（1） 底坡线，水面线，总线头线三线平行，即iJJp，

（2）水深h，过水断面面积A，断面平均流速及断面流速分布沿程不变。 明渠均匀流形成条件： ① 流量恒定。

② 必须是长直棱柱形渠道，糙率n不变。 ③ 底坡i不变。

1、 简述明渠水流的三种流态及其四个判别方法及标准。 答: 明渠水流分为缓流、急流、临界流。 个判别方法有：

① 干扰波：波速C=ghm，v=C为临界流，vc为急流； ② 弗劳德数：弗劳德数Fr=

vghm，Fr=1临界流，Fr〈 1 缓流，Fr〉1 急流；

③ 临界水深hk：hhk 缓流，hhk临界流， hhk急流， ④ 临界底坡ik：iik缓流，iik临界流，iik急流。 3. 写出佛劳德数的表达式，并说明其物理意义。 答: 弗劳德数Fr=

vghm ，物理意义是:反映动能与势能之比。

4. 为什么要引入断面单位能量的概念？

答: 引入断面单位能量，目的是分析水面曲线的变化规律和建立临界流方程。 5. 简述明渠恒定非均匀流的水力特征。

答: ①过水断面面积A，水深h，沿程改变。即hf(s),

2

Af(s)

②底坡线，水面线，总线头线三线不再平行，即iJJp， 一、作图题 (略) 1．

下面为长直棱柱形渠道，n不变，试定性绘出可能出现的水面曲线型式。

二、计算题 1．

某输水渠道，沙质土壤，岸边有杂草，糙率系数n=0.025, 底坡I=0.002, 断面为梯形，

3

边坡系数m=1.0。 按水力最优断面设计，通过流量Q=0.8m/s, 试确定其断面尺寸。 解: （1）按水力最优断面条件计算宽深比。

（2）计算相关水力要素：过流断面积、水力半径。代入流量基本公式解出水深。 （3）求出底宽。

答案：b0.79m h0.65m 2．

有两段矩形断面渠道相连，通过流量Q=2.8m/s，底宽b=2m, 混凝土衬护，n=0.015,

3

i1=0.012, i2=0.0008。这两段渠道是否为水跃衔接？若是水跃衔接，是何种形式水跃？并定性绘图表示。

解: （1）（计算临届水深、临界底坡）判断两矩形断面渠道是急流还是缓流，确定是否为水跃衔接。（答案：是）

（2）计算（或查附录C）求正常水深h01,h02，把h01视为跃前水深，求跃后水深h与

''h02比较。

答案：远驱式水跃 第8章 一、

选择题

1．实用断面堰常常设计成真空堰，其目的是（ B ） （a）减小水流对坝面的冲刷 （b）提高过流能力 （c）减小空化空蚀 （d）节省建筑材料

3

2、小桥过流与（ C ）具有相同的水力特征。

（a）薄壁堰流 （b）宽顶堰流 （c）实用断面堰流 （d）闸孔出流 3. 宽顶堰形成淹没出流的充分条件是 ( D )

(a)hs0 (b) hs0 (c) hs0.8H0 (d) hs1.0H0 4．下述堰的分类哪个正确（ A ）

(a)/H >0.67 薄壁堰 (b) 0.67<δ/H <10.0 宽顶堰 (c) 0.67<δ/H <2.5 实用断面堰 (d) /H >2.5 薄壁堰 二、

判断题

1、 只要宽顶堰下游水深超过堰顶，就为淹没出流。（ 正确 ）

与宽顶堰的淹没出流条件hs0.8H0不同。2、 小桥过流的淹没出流条件ht1.3hk（正确）

3、 对于闸孔出流，当闸门开度e与上游水深H之比eH0.75时，闸孔出流转化为堰流。（正

确 ）

4、对于薄壁堰，在堰宽b、堰高P和堰上水头H相同的情况下，完全堰的过流能力比侧收堰的过流能力大。（正确 ） 三、

简答题

1. 简述堰的三种类型及其共同的水力特征。 答: 堰分为三种类型: (1) 薄壁堰---判别标准 H0.67

H2.5

(2) 实用断面堰---判别标准 0.67 (3) 宽顶堰---判别标准 2.5H10

共同的水力特征为上游水位壅高过堰时水面跌落。 2. 堰流基本公式中m，，等系数与哪些因素有关。 答: 流量系数m与行近流速的大小、表面张力有关。 侧收缩系数与堰宽与渠宽的比值（b/B）有关。 3. 宽顶堰淹没出流形成的充分必要条件是什么？ 答: 必要条件hs0,充要条件是hs＞0.8H0。 四、

计算题

1、 一圆角进口无侧收缩宽顶堰，堰高P1=2.5m，P2=2.0m，堰上水头为0.40m，通过的流量为

4

4m/s，求宽顶堰的宽度。在不产生淹没出流的情况下，下游水深最大为多少？ 解:（1） 通过计算（P1/H）的值，选取流量系数公式，计算流量系数。 （2）求宽顶堰的宽度： b5.95m

（3）不产生淹没出流，下游水深ht2.32m。

2、 有一河道，用碎石单层铺砌加固河床，通过的流量Q20m/s，允许流速v3.5m/s，桥

3

3

下游水深ht1.3m， 若0.90，0.90，1.0，允许桥前壅水深度H2.00m。计小桥孔径b。

解: （1）求桥下临界水深h'K，判别是自由出流，还是淹没出流。（自由出流） （2）计算桥孔初始值: 取 (B =6.0m )

（3）复算求桥下临界水深h'K，判别是自由出流，还是淹没出流。（仍为自由出流） （4）计算桥前壅水深度 H =1.81m 选择题

1. 渗流雷诺数可定义为（ A ） A. Revd10 B. Revd30 C. Revd60

2. 土壤的渗透系数与以下（ B ）无关。

A． 流体的种类 B. 流体的温度 C. 土壤的性质 D. 大气压强 3. 当不透水层底坡i0，为（ A ）渗流。 A. 顺坡 B. 逆坡 C. 平坡 4. 完全井为（ D ）。

A. 井深直达不透水层的潜水井； B.井深未达到不透水层的潜水井； C. 井深直达不透水层的承压井 ； D.井深未达到不透水层的承压井。 二、 判断题

1． 在渐变渗流中水力坡度线和浸润线重合。（ 正确 ）

2． 渗流模型中渗流流速与实际空隙中的平均流速是相等的。（ 错误 ） 3．

在无压渗流中，重力水的自由表面称为浸润线。（ 错误 ）

5

设 4． 三、 1．

达西定律是渗流中最基本的定律，它适用于所有的渗流。（ 正确 ） 简答题

渗流模型是如何建立的，为什么可以如此建立？

答: 把包括土颗粒组成的骨架在内的整个空间看做渗流流场,认为流体在该流场作连续 流动, 用虚拟的流速代替实际流速，称为渗流模型。

因为土壤颗粒组成的通道相当复杂，渗流运动要素不便于统计、量测，引入渗流模型概念，即把整个渗流流场看成流体的连续流动，可借用管流、明渠流建立的的概念。 2．

达西定律与裘皮幼公式的区别和联系。

答: 渗流达西定律表示为:vkJ,而裘皮幼公式可表示为: uvkJ,裘皮幼

公式表明渐变渗流中平均流速与点流速是相等的，即渗流的过流断面流速分布为矩形。 渗流达西定律与裘皮幼公式都适用于渗流层流。 四、 1．

计算题

一渠道位于河道的上方（参考图9-6），渠道和河道之间有透水层，相距=200m，渠道

2右岸水深3.0m，河道左岸水深为4.0m，土层渗透系数=0.001cm/s，不透水层底坡=0.003，按平面渗流处理，求单宽渠长的渗流量并绘制浸润线。 解:参考例题9.1

答案：单宽渗流量q0.33l/s330cm/s. 绘制浸润线（略） 2．

如图所示为基坑排水，设4个普通完全井，圆形分布，圆的半径为30m，井径相同为

20.2m，含水层厚H=10m，渗透系数=0.02cm/s，椐工程需要，基坑内中心水位降深S>3m，假设各井抽水量相同，求总的抽水量。

解: 此题为井群的水力计算，可直接用公式求解。 答案:Q0.0984 m/s。

3

6

第10章 一、选择题

1.重力相似模型中, 流速比尺等于几何比尺的( C )次方 。 A. 2 B. 1.5 C. 1 D. 0.5

2. 重力相似模型中, 流量比尺等于几何比尺的( A )次方 。 A. 2.5 B. 2 C. 1.5 D. 1

3. 重力相似模型中, 时间比尺等于几何比尺的( D )次方 。 A. 2 B. 1.5 C. 1 D. 0.5 二、判断题

1. 凡是正确反映客观规律的物理方程式，必然是一个齐次量纲式。（正确 ） 2. 力学相似的必要条件是几何相似，运动相似，动力相似。（ 正确 ） 三、简答题 1.

为什么在阻力平方区，雷诺准则自动满足？

答: 从理论上讲，如同沿程损失一样，在阻力平方区，沿程阻力系数与雷诺数无关，当雷诺数充分大时，粘性可忽略不计，所以，在阻力平方区，雷诺准则自动满足。 2.

简述弗劳德准数的物理意义。

答: 弗劳德准数为常数，是指原型的弗劳德准数与模型的弗劳德准数相等，原型与模型量液流相似。 四、计算题 1.

有一单孔WES剖面混凝土溢流坝，已知坝高pp10m，坝上设计水头Hp5m,流

量系数m0.502，溢流孔净宽bp8m，在长度比尺l20的模型上进行试验，要求计算： （1）设计模型流量；

（2）如在模型坝趾测的收缩断面表面流速ucm4.46ms,计算原型相应流速ucp 解：首先计算原型流量、流量比尺、速度比尺。按原型与模型换算关系计算。

3答案：流量Qm0.221m/s

流速vm19.95m/s

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