第十一節(jié)　高速水流

單項(xiàng)選擇題（每題的備選項(xiàng)中只有一個(gè)最符合題意）

1對某弧形閘門的閘下出流進(jìn)行試驗(yàn)研究。原型、模型采用同樣的介質(zhì)，原型與模型幾何相似比為10，在模型上測得水流對閘門的作用力是400N，水躍損失的功率是0.2kW，則原型上水流對閘門的作用力、水躍損失的功率分別是（　　）。[2017年真題]

A．40kN，632.5kW

B．400kN，632.5kW

C．400kN，63.2kW

D．40kN，63.2kW

【答案】B

【考點(diǎn)】重力相似準(zhǔn)則

【解析】取λ為原型試驗(yàn)與模型試驗(yàn)的參數(shù)比值。由題可知：λ_ρ＝1；λ_l＝10。根據(jù)重力相似準(zhǔn)則：λ_F＝λ_ρ·λ_l³＝10³；λ_N＝λ_ρ·λ_l^3.5＝10^3.5；故F_p＝F_m·λ_F＝400kN；N_p＝N_m·λ_N＝632.5kW。式中，下標(biāo)ρ為介質(zhì)密度；l為幾何長度；F為作用力；N為水躍損失功率；m為模型；P為原型。

2通過高速水流的固體邊界不容易發(fā)生氣蝕破壞區(qū)域的是（　　）。

A．固體表面平滑的部位

B．固體表面突起的部位

C．邊界縮窄的區(qū)域

D．固體表面凹陷的部位

【答案】A

【解析】防止氣蝕的措施主要有以下幾方面：

①邊界輪廓要設(shè)計(jì)成流線形。氣蝕產(chǎn)生的條件是低壓區(qū)的存在，為了避免低壓區(qū)的發(fā)生，邊界輪廓應(yīng)設(shè)計(jì)成流線形，以避免水流脫離邊界而產(chǎn)生漩渦。

②施工后，過水表面上不應(yīng)存在有鋼筋頭等各種殘留突起物，對過水邊界表面在施工中可能造成的不平整度要加以控制。一般說來，表面存在升坎比跌坎容易發(fā)生氣蝕，突起比凹陷容易引起氣蝕。

③在難以完全免除氣穴的地點(diǎn)，采用抗蝕性能強(qiáng)的材料做護(hù)面。

④利用人工摻氣防止氣蝕。水中含氣量較高時(shí)，增加了水氣混合體的可壓縮性，對氣泡潰滅時(shí)所產(chǎn)生的沖擊力起緩沖作用，減輕它的破壞作用力。因此可知，固體表面平滑的部位不易發(fā)生空蝕破壞。

3高速水流所產(chǎn)生的特殊的水力學(xué)問題有（　　）。

A．沖擊波現(xiàn)象、氣蝕現(xiàn)象、強(qiáng)烈的壓強(qiáng)脈動(dòng)、摻氣現(xiàn)象

B．沖擊波現(xiàn)象、氣蝕現(xiàn)象、強(qiáng)烈的壓強(qiáng)脈動(dòng)、水跌

C．地下水流、氣蝕現(xiàn)象、強(qiáng)烈的壓強(qiáng)脈動(dòng)、水跌

D．地下水流、氣蝕現(xiàn)象、強(qiáng)烈的壓強(qiáng)脈動(dòng)、水躍

【答案】A

【解析】高速水流是指在水利水電工程中，落差越大流速越大，流速高達(dá)每秒幾十米的水流，所產(chǎn)生的特殊的水力學(xué)問題主要有下列四個(gè)方面：強(qiáng)烈的壓強(qiáng)脈動(dòng)、氣蝕現(xiàn)象、摻氣現(xiàn)象、波浪即沖擊波。

4高速水流的脈動(dòng)壓強(qiáng)產(chǎn)生的危害主要有（　　）。

A．增加建筑物的瞬時(shí)壓強(qiáng)

B．可能引起建筑物的振動(dòng)

C．增加氣蝕發(fā)生的可能性

D．以上三種均會(huì)產(chǎn)生危害

【答案】D

【解析】強(qiáng)烈的脈動(dòng)壓強(qiáng)會(huì)引起以下幾方面的影響：①增加建筑物的瞬時(shí)載荷。水工建筑物受到瞬時(shí)載荷高于時(shí)均載荷，因此提高了對水工建筑物強(qiáng)度的要求。②可能引起建筑物的振動(dòng)。由于脈動(dòng)壓強(qiáng)具有周期性變化，壓強(qiáng)時(shí)大時(shí)小，往復(fù)作用在建筑物上，可能促使輕型結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)。③增加氣蝕發(fā)生的可能性。由于瞬時(shí)壓強(qiáng)可能低于時(shí)均壓強(qiáng)，即使時(shí)均壓強(qiáng)未低于發(fā)生氣蝕的數(shù)值，瞬時(shí)氣蝕仍會(huì)發(fā)生，從而增大建筑物發(fā)生氣蝕的可能性。

5有一粗糙矩形斷面棱柱體陡槽，泄流為高速水流。已知下泄流量為Q＝3.53m³/s，槽寬b＝1.5m，陡槽底坡i＝1/3。經(jīng)水面曲線計(jì)算，當(dāng)接近均勻流段時(shí)，水深h＝0.21m。若取安全超高Δh＝0.3m，則該陡槽的摻氣量C_a及邊墻高度H分別為（　　）。

A．C_a＝0.24，H＝0.862m

B．C_a＝0.34，H＝0.762m

C．C_a＝0.44，H＝0.675m

D．無法確定

【答案】C

【解析】要確定陡槽邊墻高度必須求出摻氣水流的水深，目前尚無其理論公式。美國陸軍工程兵團(tuán)建議，確定矩形明槽摻氣水流的摻氣量可采用下列公式：

式中，i為陡槽底坡；q為單寬流量。則該陡槽的摻氣量為：

邊墻高度為：

6防止氣蝕的措施有（　　）。

A．邊界輪廓設(shè)計(jì)成流線型

B．與水流接觸的固體表面加以控制，表面越平整越好

C．采用抗黏蝕性能強(qiáng)的材料做護(hù)面

D．以上三種措施都采用

【答案】D

【解析】防止氣蝕的措施包括：①邊界輪廓要設(shè)計(jì)成流線型。②施工過程中，對過水邊界表面的平整度加以控制，表面越平整越好。③在難于完全免除氣穴的地點(diǎn)，采用抗蝕性能強(qiáng)的材料做護(hù)面。