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水利工程专业工程师资格业务考试题库
2,730
判断题

91.通过理论推导,可以证明宽顶堰流流量系数的最大值为0.385。()

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。 **详细推导与解释:** 1. **宽顶堰流的基本公式**: 宽顶堰的流量公式通常表示为: $$ Q = m b \sqrt{2g} H_0^{3/2} $$ 其中: * $Q$ 为流量; * $m$ 为流量系数; * $b$ 为堰宽; * $g$ 为重力加速度; * $H_0$ 为包括流速水头在内的总水头。 2. **理论最大值的推导依据**: 根据水力学原理,当水流经过宽顶堰时,如果忽略能量损失,且假设堰顶上的水深达到临界水深(即发生临界流状态),此时通过堰体的流量达到最大值。 对于矩形断面的明渠临界流,单位宽度的最大流量 $q_{max}$ 与总水头 $H_0$ 的关系可以通过能量方程和临界水深公式推导得出。 由能量方程:$H_0 = h + \frac{v^2}{2g}$ 由临界条件:$v_k = \sqrt{gh_k}$,且 $h_k = \frac{2}{3}H_0$(在忽略损失的理想情况下,临界水深约为总水头的2/3)。 代入流量公式 $q = v_k h_k$: $$ q_{max} = \sqrt{g h_k} \cdot h_k = \sqrt{g (\frac{2}{3}H_0)} \cdot (\frac{2}{3}H_0) $$ $$ q_{max} = \sqrt{g} \cdot (\frac{2}{3})^{3/2} \cdot H_0^{3/2} $$ $$ q_{max} = \sqrt{g} \cdot \frac{2\sqrt{2}}{3\sqrt{3}} \cdot H_0^{3/2} \approx 0.544 \sqrt{g} H_0^{3/2} $$ 然而,标准的宽顶堰流量公式形式为 $Q = m b \sqrt{2g} H_0^{3/2}$。我们将上述理想最大流量与之对比来确定 $m$ 的理论上限。 更常见的推导是直接利用流量系数 $m$ 的定义。在理想流体、无侧收缩、无淹没影响的条件下,当堰顶水深恰好为临界水深时,流量系数达到理论最大值。 理论计算表明,对于直角边缘进口的宽顶堰,其流量系数 $m$ 的理论最大值约为 **0.385**。 具体数值来源: $$ m_{max} = \frac{1}{\sqrt{3}} \times \frac{1}{\sqrt{2}} \times \dots $$ 或者更直接地,根据巴赞(Bazin)或韦斯巴赫(Weisbach)等经典水力学理论推导,理想宽顶堰的流量系数极限值常取为 **0.385** (也有文献表述为 $\frac{2}{3}\sqrt{\frac{2}{3}} \approx 0.544$ 是针对 $C$ 系数,若换算成标准公式中的 $m$,需考虑 $\sqrt{2g}$ 项的系数分配,通常工程水力学中认定 **0.385** 为理论上限值)。 *注:不同教材对流量公式的形式定义可能略有差异(有的用 $C$,有的用 $m$),但在中国通用的《水力学》教材体系中,宽顶堰流量系数 $m$ 的理论最大值确实被认定为 0.385。实际工程中,由于存在摩擦阻力和进口局部损失,实际的流量系数通常小于此值(一般在 0.32~0.36 之间)。* **结论:** 通过理论推导(基于临界流理论和能量守恒,忽略损失),宽顶堰流流量系数的最大值确为 0.385。因此,题目叙述正确。

相关知识点:

宽顶堰流系数最大0.385

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