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水利工程专业工程师资格业务考试题库
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判断题

77.临界流时,矩形断面的断面比能等于临界水深的1.5倍。()

A
正确
B
错误

答案解析

正确答案:A

解析:

**解析:** 该说法是**正确**的。以下是详细推导过程: 1. **断面比能公式** 断面比能 $E_s$ 定义为相对于渠底的水流单位重量能量,其表达式为: $$ E_s = h + \frac{v^2}{2g} $$ 其中: * $h$ 为水深; * $v$ 为断面平均流速; * $g$ 为重力加速度。 2. **流量与水深的关系** 对于矩形断面,设单宽流量为 $q$,则流速 $v = \frac{q}{h}$。代入比能公式得: $$ E_s = h + \frac{q^2}{2gh^2} $$ 3. **临界水深的条件** 临界流状态对应于断面比能 $E_s$ 取得极小值时的水深,即临界水深 $h_k$。 对 $E_s$ 关于 $h$ 求导并令其为 0: $$ \frac{dE_s}{dh} = 1 - \frac{q^2}{gh^3} = 0 $$ 由此可得临界水深的定义式: $$ \frac{q^2}{g} = h_k^3 \quad \text{或} \quad q^2 = g h_k^3 $$ 4. **计算临界状态下的断面比能** 将临界条件代入比能公式。在临界流时,$h = h_k$,且动能项 $\frac{v^2}{2g}$ 可以简化: 由弗劳德数 $Fr=1$ 或直接利用上述推导: $$ \frac{v_k^2}{2g} = \frac{q^2}{2g h_k^2} $$ 将 $q^2 = g h_k^3$ 代入上式: $$ \frac{v_k^2}{2g} = \frac{g h_k^3}{2g h_k^2} = \frac{h_k}{2} $$ 因此,临界断面比能 $E_{sk}$ 为: $$ E_{sk} = h_k + \frac{h_k}{2} = 1.5 h_k $$ **结论:** 在临界流状态下,矩形断面的断面比能确实等于临界水深的 1.5 倍。故题目表述正确。

相关知识点:

临界流时比能是水深1.5倍

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