第十一节 高速水流
单项选择题（每题的备选项中只有一个最符合题意）
1对某弧形闸门的闸下出流进行试验研究。原型、模型采用同样的介质，原型与模型几何相似比为10，在模型上测得水流对闸门的作用力是400N，水跃损失的功率是0.2kW，则原型上水流对闸门的作用力、水跃损失的功率分别是（ ）。[2017年真题]
A．40kN，632.5kW
B．400kN，632.5kW
C．400kN，63.2kW
D．40kN，63.2kW
【答案】B
【考点】重力相似准则
【解析】取λ为原型试验与模型试验的参数比值。由题可知：λρ＝1；λl＝10。根据重力相似准则：λF＝λρ·λl3＝103；λN＝λρ·λl3.5＝103.5；故Fp＝Fm·λF＝400kN；Np＝Nm·λN＝632.5kW。式中，下标ρ为介质密度；l为几何长度；F为作用力；N为水跃损失功率；m为模型；P为原型。
2通过高速水流的固体边界不容易发生气蚀破坏区域的是（ ）。
A．固体表面平滑的部位
B．固体表面突起的部位
C．边界缩窄的区域
D．固体表面凹陷的部位
【答案】A
【解析】防止气蚀的措施主要有以下几方面：
①边界轮廓要设计成流线形。气蚀产生的条件是低压区的存在，为了避免低压区的发生，边界轮廓应设计成流线形，以避免水流脱离边界而产生漩涡。
②施工后，过水表面上不应存在有钢筋头等各种残留突起物，对过水边界表面在施工中可能造成的不平整度要加以控制。一般说来，表面存在升坎比跌坎容易发生气蚀，突起比凹陷容易引起气蚀。
③在难以完全免除气穴的地点，采用抗蚀性能强的材料做护面。
④利用人工掺气防止气蚀。水中含气量较高时，增加了水气混合体的可压缩性，对气泡溃灭时所产生的冲击力起缓冲作用，减轻它的破坏作用力。因此可知，固体表面平滑的部位不易发生空蚀破坏。
3高速水流所产生的特殊的水力学问题有（ ）。
A．冲击波现象、气蚀现象、强烈的压强脉动、掺气现象
B．冲击波现象、气蚀现象、强烈的压强脉动、水跌
C．地下水流、气蚀现象、强烈的压强脉动、水跌
D．地下水流、气蚀现象、强烈的压强脉动、水跃
【答案】A
【解析】高速水流是指在水利水电工程中，落差越大流速越大，流速高达每秒几十米的水流，所产生的特殊的水力学问题主要有下列四个方面：强烈的压强脉动、气蚀现象、掺气现象、波浪即冲击波。
4高速水流的脉动压强产生的危害主要有（ ）。
A．增加建筑物的瞬时压强
B．可能引起建筑物的振动
C．增加气蚀发生的可能性
D．以上三种均会产生危害
【答案】D
【解析】强烈的脉动压强会引起以下几方面的影响：①增加建筑物的瞬时载荷。水工建筑物受到瞬时载荷高于时均载荷，因此提高了对水工建筑物强度的要求。②可能引起建筑物的振动。由于脉动压强具有周期性变化，压强时大时小，往复作用在建筑物上，可能促使轻型结构产生强烈振动。③增加气蚀发生的可能性。由于瞬时压强可能低于时均压强，即使时均压强未低于发生气蚀的数值，瞬时气蚀仍会发生，从而增大建筑物发生气蚀的可能性。
5有一粗糙矩形断面棱柱体陡槽，泄流为高速水流。已知下泄流量为Q＝3.53m3/s，槽宽b＝1.5m，陡槽底坡i＝1/3。经水面曲线计算，当接近均匀流段时，水深h＝0.21m。若取安全超高Δh＝0.3m，则该陡槽的掺气量Ca及边墙高度H分别为（ ）。
A．Ca＝0.24，H＝0.862m
B．Ca＝0.34，H＝0.762m
C．Ca＝0.44，H＝0.675m
D．无法确定
【答案】C
【解析】要确定陡槽边墙高度必须求出掺气水流的水深，目前尚无其理论公式。美国陆军工程兵团建议，确定矩形明槽掺气水流的掺气量可采用下列公式：
式中，i为陡槽底坡；q为单宽流量。则该陡槽的掺气量为：
边墙高度为：
6防止气蚀的措施有（ ）。
A．边界轮廓设计成流线型
B．与水流接触的固体表面加以控制，表面越平整越好
C．采用抗黏蚀性能强的材料做护面
D．以上三种措施都采用
【答案】D
【解析】防止气蚀的措施包括：①边界轮廓要设计成流线型。②施工过程中，对过水边界表面的平整度加以控制，表面越平整越好。③在难于完全免除气穴的地点，采用抗蚀性能强的材料做护面。