1 (a)A(b)c)電大流體力學(xué)形成性考核冊試題及答案（全部章節(jié)） 作業(yè) 1 答案 (第 1 章、第 2 章 ) 第 1 章 一、 選擇 1、牛頓內(nèi)摩擦定律適用于 （ B ） A、任何流體 B、牛頓流體 C、非牛頓流體 2、液體不具有的性質(zhì)是 （ C ） A、易流動(dòng)性 B、壓縮性 C、抗拉性 D、粘滯性 3、連續(xù)介質(zhì)假定認(rèn)為流體（ C ）連續(xù)。 A、在宏觀上 B、在微觀上 C、分子間 D、原子間 4、在國際制單位制中 流體力學(xué)基本量綱不包括 （ D ） A、時(shí)間 B、質(zhì)量 C、長度 D、 力 5、在靜水中取一六面體，作用在該六面體上的力有 ( D ) A、切向力、正壓力 B、正壓力、重力 C、正壓力、重力 D、正壓力、切向力、重力 6、下屬那些力屬于質(zhì)量力 （ E ） A、慣性力 B、粘滯力 C、彈性力 D、表面張力 E、重力 二、 判斷題 1、 壓強(qiáng)和切應(yīng)力屬表面力。 （正確） 2、流體慣性力與加速度方向相同。 （錯(cuò)誤） 3、粘滯性可以制止流體流動(dòng)。 （正確） 4、理想流體與實(shí)際流體的區(qū)別僅在于理想流體具有不可壓縮性。 （正確） 三、 簡答題（要點(diǎn)） 1. 為什么要建立連續(xù)介質(zhì)模型？ 答 ：液體（氣體）是由分子組成的，分子間有空隙，不連續(xù)。工程上研究的流體，關(guān)心的是流體宏觀的物理性質(zhì)。把流體看成為由質(zhì)點(diǎn)組成的連續(xù)體 連續(xù)介質(zhì)模型，目的是建立描述流體運(yùn)動(dòng)的連續(xù)函數(shù)，便于應(yīng)用數(shù)學(xué)工具，解決工程實(shí)際問題。 2什么是流體的粘滯性？它對流體流動(dòng)起什么作用？ 答 ：流體具有的阻滯變形運(yùn)動(dòng)的特 性 流體的粘滯性，它對流體流動(dòng)產(chǎn)生阻力，造成能量損失。 3動(dòng)力粘滯系數(shù) 和運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù) 有什么區(qū)別？ 答 ：兩者都反映流體的粘滯性， 為動(dòng)力量， 為運(yùn)動(dòng)量， ，量綱不同。 4. 容器內(nèi)盛有液體，求下述不同情況時(shí)該液體所受單位質(zhì)量力？ 容器靜止時(shí)； 液體所受單位質(zhì)量力僅有重力。 （ 2） 容器以 等加速度 g 垂直向上運(yùn)動(dòng) ：液體所受單位質(zhì)量力為 2g。 （ 3） 容器以等加速度 g 垂直向下運(yùn)動(dòng)。液體所受單位質(zhì)量力為 0。 5. 試分析圖中三種情況下水體 A 受哪些表面力和質(zhì)量力？（ 1）靜止水池；（ 2）順直渠道水流（均勻流）；（ 3）平面彎道水流。 （ 1）：水體 A 受哪些表面力為壓應(yīng)力（正壓力），質(zhì)量力為重力 g。 （ 2）：水體 A 受哪些表面力為壓應(yīng)力和切應(yīng)力，質(zhì)量力為重力 g（均勻流）。 2 （ 3）：水體 A 受哪些表面力為壓應(yīng)力和切應(yīng)力，質(zhì)量力為重力 g 和慣性力。 作圖題（略） 計(jì)算題 (解題思路與答案 ) 1. 已知某 水流流速分布為 10/172.0 ， u 的單位為 m/s ， y 為距壁面的距離，單位為 m。（ 1）求 y=的流速梯度；（ 2）若水的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù) ，計(jì)算相應(yīng)的切應(yīng)力。 解：（ 1）： 求出點(diǎn)流速 ,設(shè) y 的增量 處的點(diǎn)流速，求出求解流速梯 5477 , ,(2) ： 10 ; 10 10 0時(shí)水的密度 3/ ，動(dòng)力粘滯系數(shù) 23 /10002.1 ，求其運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù) ？ 解：直接用公式解，注意單位制。 ： 10 2 第 2 章 一、 選擇題 (略 ) 1、 某 點(diǎn)存在真空時(shí)， （ A）（ D） A、該點(diǎn)的絕對壓強(qiáng)為正值 B、該點(diǎn)的相對壓強(qiáng)為正值 C、該點(diǎn)的絕對壓強(qiáng)為負(fù)值 D、該點(diǎn)的相對壓強(qiáng)為負(fù)值 2、流體靜壓強(qiáng)的（ B） A、方向與受壓面有關(guān) B、大小與受壓面積有關(guān) C、大小與受壓面積方位無關(guān) 3、流體靜壓強(qiáng)的全微分式為（ C） A、 dp=p( B、 p=p(x， y， z) C、 a 4、壓強(qiáng)單位為 N/，采用了哪種表示法 （ A ） A、應(yīng)力單位 B、大氣壓 倍數(shù) C、液柱高度 5、密封容器內(nèi)液面壓強(qiáng)小于大氣壓強(qiáng)，其任一點(diǎn)的測壓管液面 （ A ） A、高于容器內(nèi)液面 B、低于容器內(nèi)液面 C、等于容器內(nèi)液面 二、 判斷題 1、等壓面與質(zhì)量力垂直。 （ 錯(cuò)誤 ） 2、某點(diǎn)存在真空，是指該點(diǎn)的壓強(qiáng)小于大氣壓強(qiáng) （ 錯(cuò)誤 ） 3、靜止流體中某點(diǎn)壓強(qiáng)的大小，不僅與其淹沒深度有關(guān) 還與受壓面的方位有關(guān)。 （正確） 4、相對壓強(qiáng)的數(shù)值可為正值，也可以是負(fù)值。 （ 錯(cuò)誤 ） 5、 靜止液面下的閘板的總壓力作用中心與閘板形心重合。 （正確） 6、和大氣相通容器的測壓管液面一定與容器內(nèi)液面高度相同。 （正確） 7、相對靜止的液體的等壓面一定是水平面。 （正確） 3 C(c) 盛 有 不 同 種 類 溶 液 的 連 通 器b ) 連 通 器 被 隔 斷a ) 連通容器三、 簡答題 :連續(xù)介質(zhì) 同一介質(zhì) 單一重力作用下 . 2. 同一容器中 裝兩種液體，且 21 ，在容器側(cè)壁裝了兩根測壓管。試問：圖中所標(biāo)明的測壓管中液面位置對嗎？為什么？ ：不對，（右測壓管液面要低一些，從點(diǎn)壓強(qiáng)的大小分析） 3. 圖中三種不同情況，試問： 哪個(gè)是等壓面？哪個(gè)不是等壓面？為什么？ ：（ a） （ b） 是 （ c） 是， 。 四、作圖題 (略 ) 4 p 0h 2五、計(jì)算題 (解題思路與答案 ) 已知某點(diǎn)絕對壓強(qiáng)為 80kN/地大氣壓強(qiáng) 8kN/將該點(diǎn)絕對壓強(qiáng)、相對壓強(qiáng)和真空壓強(qiáng)用水柱及水銀柱表示。 解： 用水柱高表示 （ 1）該點(diǎn)絕對壓強(qiáng)： 2）該點(diǎn)相對壓強(qiáng)： 3）該點(diǎn)真空壓強(qiáng)： 水銀柱高表示 （ 1）該點(diǎn)絕對壓強(qiáng)： g （ 2）該點(diǎn)相對壓強(qiáng)： g （ 3）該點(diǎn)真空壓強(qiáng)： 135.4 g 2. 一封閉水箱自由表面上氣體壓強(qiáng) 5kN/m， 2m。求 A、 B 兩點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)。 解：由壓強(qiáng)基本公式 0 求解 (74 kN/ (44.6 kN/3 如圖所示為一復(fù)式水銀測壓計(jì)，已知 ， ， ， ， 5 水水水銀P 054321空氣水銀水水2 (改為 試求水箱液面上的絕對壓強(qiáng) 0p ？ 解： 找已知點(diǎn)壓強(qiáng) (復(fù)式水銀測壓計(jì)管右上端 ) 找出等壓面 計(jì)算點(diǎn)壓強(qiáng) ,逐步推求水箱液面上的壓強(qiáng) 0p . : 0p =kN/ 某壓差計(jì)如圖所示，已知 B=1m， H=： BA 。 解：找出等壓面 求出相對的點(diǎn)壓強(qiáng) 列平衡方程式求 的壓強(qiáng)差 . 空氣的 g 不計(jì) . BA =47 kN/ (4.8 5. 水閘兩側(cè)都受水的作用，左側(cè)水深 3m、右側(cè)水深 2m。試求作用在單位寬度閘門上靜水總壓力的大小及作用點(diǎn)位置（用圖解法和解析法分別求解）。 解：畫出相對壓強(qiáng)分布圖 , 計(jì)算各側(cè)靜水壓力 , 求靜水總壓力的大小 列力矩平衡方程求靜水總壓力的作用點(diǎn)位置。 P= e 用點(diǎn)到底部的距離 ) 6. 一弧形閘門 b=4m，圓心角 45，半徑 r=2m，閘門轉(zhuǎn)軸恰與水面齊平。求作用于閘門的靜水壓力及作用點(diǎn)（改為：作用力的方向）。 解：畫出壓力體圖 , 計(jì)算水平方向分力 鉛垂方向分力 求出合力及作 用力的方向 P 6 作業(yè) 2 答案（第 3 章、第 4 章） 第 3 章 一、 選擇題 1、流體運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性方程是根據(jù)（ C）原理導(dǎo)出的。 A、動(dòng)量守恒 B、質(zhì)量守恒 C、能量守恒 D、力的平衡 2、流線和跡線重合的條件為（ C ） A、恒定流 B、非恒定流 C、非恒定均勻流 二、判斷題 1、以每 個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律為研究對象的方法稱為拉格朗日法。 （正確 ） 2、恒定流一定是均勻流。 （錯(cuò)誤） 3、渦流是指流體質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)中不繞自身軸旋轉(zhuǎn)的流動(dòng)。 （正確 ） 4、無旋流就是無渦流。 （正確 ） 5、非均勻流一定是非恒定流。 （錯(cuò)誤） 三、簡答題 1、述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法是什么？簡述其內(nèi)容。 答：（略） 2. 流體微團(tuán)體運(yùn)動(dòng)分為哪幾種形式 ? 答： 平移 線變形 角變形 旋轉(zhuǎn)變形。 3. 寫出恒定平面勢流中流函數(shù)、勢函數(shù)與流速的關(guān)系。 （改為：寫出恒定平面勢流中流函數(shù)具有的性質(zhì)，流函數(shù)與流速勢的關(guān)系。） 答：流函數(shù)具有的性質(zhì) （ 1）流函數(shù)相等的點(diǎn)組成的線即流線，或曰，同一流線上個(gè)點(diǎn)的流函數(shù)為常數(shù)。 （ 2）兩流線間的函數(shù)值之差為為單寬流量。 （ 3）平面勢流的流函數(shù)為一個(gè)調(diào)和函數(shù)。 答：流函數(shù)與 流速勢的關(guān)系 （ 1）流函數(shù)與勢函數(shù)為調(diào)和函數(shù)。 等勢線與等流函數(shù)線正交。 4什么是過流斷面和斷面平均流速？為什么要引入斷面平均流速？ 答：與流線正交的斷面叫過流斷面。 過流斷面上點(diǎn)流速的平均值為斷面平均流速。 引入斷面平均流速的概念是為了在工程應(yīng)用中簡化計(jì)算。 5如圖所示，水流通過由兩段等截面及一段變截面組成的管道，試問： (1)當(dāng)閥門開度一定，上游水位保持不變，各段管中，是恒定流還是非恒定流？是均勻流還是非均勻流？ (2)當(dāng)閥門開度一定，上游水位隨時(shí)間下降，這時(shí)管中是恒定流還是非恒定流？ (3)恒定流 情況下，當(dāng)判別第 管中是漸變流還是急變流時(shí)，與該段管長有無關(guān)系？ 答：（ 1）是恒定流。、是均勻流，是非均勻流。 （ 2）管中為非恒定流。 （ 3）有。管段相當(dāng)長為漸變流，管段較短為急變流。 7 四、計(jì)算題（解題思路） 恒定二維流動(dòng)的速度場為 , ，其中 1a 秒 1）論證流線方程為 ；（ 2）繪出 C 0、 1 及 4流線；（ 3）求出質(zhì)點(diǎn)加速度的表達(dá)式。 解：（ 1） 流線方程為： yx 入數(shù)值推導(dǎo) （ 2）（略） （ 3）由： 代入數(shù)值求解。 代入數(shù)值求解。 答案 : 2 試檢驗(yàn)下述不可壓縮流體的運(yùn)動(dòng)是否存在？ （ 1） )(4,2,2 22 （ 2） x y z z tu , 解：由連續(xù)性微分方程， =0 流體的運(yùn)動(dòng)存在 ,反之流體的運(yùn)動(dòng)不存在。 答案 :（ 1）代入數(shù)值求解， 流體的運(yùn)動(dòng)不存在。 （ 2）代入數(shù)值求解，流體的運(yùn)動(dòng)存在。 3 水流從水箱經(jīng)管徑分別為 ,10 321 的管道流出，出口流速13 ，如圖所示。求流量及其它管道的斷面平均流速。 解：應(yīng)用連續(xù)性方程 （ 1）流量： 33 10 3 (2) 斷面平均流速 , 。 4 如圖鉛直放置的有壓管道，已知 0000面 1的流速 m/s。求（ 1）輸水流量 Q；（ 2）斷面 2的平均流速 3）若此管水平放置，輸水流量 Q 及斷面 2的速度 否發(fā)生變化？（ 4）圖 a 中若水自下而上流動(dòng)， Q 及 否會(huì)發(fā)生變化？ 8 解：應(yīng)用連續(xù)性方程 （ 1） （ 2） 42 （ 3）不變。 （ 4）流量不變則流速不變。 5 已知某流場的流速勢為 )(2 22 ， a 為常數(shù)，試求 解： 6. 對于 ， 222 y 的平面流動(dòng)， a 為常數(shù)。試分析判斷該流動(dòng)： (1) 是恒定流還是非恒定流？ (2) 是均勻流還是非均勻流？ (3) 是有旋流還是無旋流？ 解：應(yīng)用質(zhì)點(diǎn)加速度數(shù)學(xué)表達(dá)式 求解?？磿r(shí)間加速度與遷移加速度判別是恒定流還是非恒定流 ;是均勻流還是非均勻流。 答案 : （ 1）是恒定流。 （ 2）是非均勻流 （ 3）用無旋流數(shù)學(xué)表達(dá)式 )(21求解，是無旋流 第 4 章 選擇題 1、總流伯努力方程適用于 （ A） A、恒定流 B、非恒定流 C、可壓縮流體 2、總水頭線與測壓管水頭線的基本規(guī)律是： （ A ）（ C） A、總水頭線總是沿程下降的 B、總水頭線總是在測壓管水頭線的上方 C、測壓管水頭線沿程可升可降 D、測壓管水頭線總是沿程下 降的 判斷題 1、 程為理想流體運(yùn)動(dòng)的微分方程。 （ 正確 ） 2、畢托管是量測流體電流速的一種儀器。 （ 正確 ） 簡答題 說明總流能量方程中各項(xiàng)的物理意義。 ：（略） 9 寫出實(shí)際流體恒定元流的伯努利方程和實(shí)際流體恒定總流的伯努利方程，并指出他們的區(qū)別？ 3 應(yīng)用恒定總統(tǒng)能量方程時(shí)，為什么把過流斷面選在漸變流段或均勻流段？ 答：因?yàn)榻⒑愣偭鞯牟匠虝r(shí)，把 )( 作為常數(shù)提到積分號外面，只有漸變流斷面或均勻流斷面的 。 4 在寫總流能量方程時(shí)，過流斷面上的代表點(diǎn)、基準(zhǔn)面是否可以任意選?。繛槭裁?？ 答：可以。因?yàn)闈u變流斷面或均勻流斷面的 。 5 關(guān)于水流流向問題有如下一些說法：“水一定由高處向低處流”；“水是從壓強(qiáng)大向壓強(qiáng)小的地方流”；“水是從流速大的地方向流速小的地方流”。這些說法是否正確？為什么？如何正確描述？ 答：（ 1）“水一定由高處向低處流”，（不對），對明渠水流是 對的，對有壓管流不一定。 “水是從壓強(qiáng)大向壓強(qiáng)小的地方流” （不對），在有壓管流中常常有從壓強(qiáng)小向壓強(qiáng)大的地方流的現(xiàn)象。 （ 2）正確描述時(shí)，流體的運(yùn)動(dòng)方向總是由單位重量流體能量大的位置流向單位重量流體能量小的位置。（不能單從位能或壓能一個(gè)角度比較） 6 總流的動(dòng)量方程為 )F 1122 ，試問： （ 1） F 中包括哪些力？（ 2）如果由動(dòng)量方程求得的力為負(fù)值說明什么問題？ 答：（ 1）一般為表面力、重力，（慣性力、摩擦力、彈性力 含在待求的力中了） （ 2）求得的力為負(fù)值說明原假設(shè)的力的方向不對，反向即可。 四、計(jì)算題（解題思路） 1在一管路上測得過流斷面 1測壓管高度 為 流面積 流斷面 2面積 斷面間水頭損失 h 為 1；管中流量 Q 為 20l/s； 求斷面 2測壓管高度 。（提示：注意流動(dòng)方向）。（ 2z 改為 圖相符） 解 : 能量方程可以求解位能、壓能、流速與能量損失。求測壓管高度即求壓強(qiáng)，自然要想到用能量方程。 10 向未知情況下 ，流動(dòng)方向可以假定。 先求出 21,列能量方程求解 答案： = (1 流向 2) ; = (2 流 向 1) 2. 如圖所示，從水面保持恒定不變的水池中引出一管路，水流在管路末端流入大氣，管路由三段直徑不等的管道組成，其過水面積分別是 水池容積很大，行近流速可以忽略（ 0），當(dāng)不計(jì)管路的水頭損失時(shí)，試求：（ 1）出口流速 流量 Q；（ 2）繪出管路的測壓管水頭線及總水頭線。 解 : (1) 因?yàn)椴挥?jì)管路的水頭損失 ,此題為理想流體的流動(dòng)。 因?yàn)槭抢硐肓黧w，作用水頭完全轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。 先解出第 3 條管中斷面平均流速，在求流量。 答案 ： （ 2）繪出管路的測壓管水頭線及總水頭線步驟： 因?yàn)槭抢硐肓黧w，不計(jì)水頭損失，故總水頭線為水平。 計(jì)算各段流速水頭 總水頭線下方減去 1 個(gè)流速水頭得測壓管水頭線。（測壓管水頭線及總水頭線圖，略） 3如圖一管路， A、 B 兩點(diǎn)的高差 z 1m，點(diǎn) A 處直徑 壓強(qiáng) B 處直徑 強(qiáng) 面平均流速 s。判斷管中水流方向。 解 : 判斷管中水流方向 ,，要從單位重量流體總的機(jī)械能考慮，總是單位重量流體總的機(jī)械能大的位址向單位重量流體總的機(jī)械能曉得的地方。 （ 1）計(jì)算 A 點(diǎn)與 B 點(diǎn)單位重量流體總的機(jī)械能。 （ 2）比較 A 點(diǎn)與 B 點(diǎn)單位重量流體總的機(jī)械能的大小。 答案：從 A 流向 B 。 4在水平安裝的文丘里流量計(jì)上，直接用水銀壓差計(jì)測出水管與喉部壓差 h 為 20知水管直徑 1d 為 10部直徑 2d 為 5 不計(jì)水頭損失時(shí)，求通過流量 Q。 11 解 : 可以直接用公式 解，也可以流能量方程推導(dǎo)公式求解。 答案： 5為將水庫中水引至堤外灌溉，安裝了一根直徑 d 為 15虹吸管（如圖），當(dāng)不計(jì)水頭損失時(shí)，問通過虹吸管的流量 Q 為多少？在虹吸管頂部 s 點(diǎn)處的壓強(qiáng)為多少？ 解 : 此題屬理想流體的水力計(jì)算，作用水頭轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。 s 點(diǎn)處的壓強(qiáng)進(jìn)考慮位能、動(dòng)能 壓能之間的轉(zhuǎn)化。 （ 1）列上游水面到管出口間的能量方程求流量， （ 2）列上游水面到 s 點(diǎn)處的能量方程求 s 點(diǎn)處的壓強(qiáng)， 6一平板閘門寬 b 為 2m，當(dāng)通過流量 Q 為 8m3/s 時(shí)閘前水深 h 為 4m，閘孔后收縮斷面水深 作用于平板閘門上的動(dòng)水總壓力（不計(jì)摩擦力）。 解 : 此題為用動(dòng)量方程求解作用力。因?yàn)榱髁课粗婕暗竭B續(xù)性方程、能量方程、動(dòng)量方程這三大方程的聯(lián)合應(yīng)用。 （ 1）取控制面（脫離體 ）（上游過流斷面與 面之間） （ 2）畫出相對壓強(qiáng)分布圖，全面并分析、計(jì)算外力（上游過流斷面壓力 面壓力重力沿水流方向的分力為 0，設(shè)平板閘門對水的動(dòng)水總壓力為 R ，方向向左。 （ 3）因?yàn)榱髁课粗攘心芰糠匠糖罅魉佟?（ 4）列出的能量方程由 21,個(gè)未知量，用連續(xù)性方程消掉 1 個(gè)未知量。求出流量、流速。 （ 5）列動(dòng)量方程求解作用力。 答案：作用于平板閘門上的動(dòng)水總壓力 R= 93.5 , 方向向右。 7如圖溢流壩，上游斷面水深 游斷面水深 去水頭損失；求水流對2m 壩寬（垂直紙面）的水平作用力。注：上、下游河床為平底，河床摩擦力不計(jì)，為方便計(jì)算取 =1000kg/g=10m/ 解 : 此題與上題解完全相同。 答案： R= , 方向向右。 12 作業(yè) 3 答案 (第 5 章、第 6 章 ) 第 5 章 一、選擇題 1. 管道中液體的雷諾數(shù)與（ D ）無關(guān)。 A. 溫度 B. 管徑 C. 流速 D. 管長 2. 某圓管直徑 d=30中液體平均流速為 20cm/s。液體粘滯系數(shù)為 s，則此管中液體流態(tài)為（ B ）。 A. 層流 B. 層流向紊流過渡 （ D ） A 呈拋物線分布 B. 呈對數(shù)線分布 D. 呈雙曲線分布 過流斷面平均流速是圓管中最大流速的（ C ） A 倍 C. 1/4 倍 D. 1/2 倍 B ）成正比 . A. 一次方 B. 二次方 C. 三次方 D. 四次方 ( A ) A. d/2 B. d/3 C. d/4 D. d/5. 謝才公式中謝才系數(shù)的單位是（ C ） A. 無量綱 B. C. D. 8. 判斷層流和紊流的臨界雷 諾數(shù)是 （ C ） 二、判斷題 1. 層流的沿程水頭損失系數(shù)僅與雷諾數(shù)有關(guān)。 ( 正確 ) 2. 壁面光滑的管道一定是水力光滑管。 ( 錯(cuò)誤 ) 3. 在過流斷面突變處一般發(fā)生局部水頭損失。 ( 正確 ) 4. 等直徑圓管中的層流 ,其過流斷面平均流速是圓管中最大流速的 1/2 倍 （ 正確 ） 5流體內(nèi)切應(yīng)力方向與流 體運(yùn)動(dòng)方向相同。 （ 錯(cuò)誤 ） 6阻力平方區(qū)內(nèi)阻力系數(shù)與雷諾數(shù)無關(guān)。 （ 正確 ） 三、簡答題 圓管中層流與紊流，其流速分布有什么不同？ 答 : 層流為拋物線分布 ,紊流為對數(shù)曲線分布 .(也可以畫圖 ) 2. 簡述尼古拉茲實(shí)驗(yàn)中沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律。 答 : 尼古拉茲實(shí)驗(yàn)揭示了沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律 ,文字表述或數(shù)學(xué)公式表述 . 層流 : (Re)f ;水力光滑區(qū) : (Re)f ;過渡粗糙區(qū) : )( 粗糙區(qū) (阻力平方區(qū) ) : )( . 說明其層流、紊流的判別標(biāo)準(zhǔn)？ 13 答 : 管流 : e 2000 (層流 ) 2000 (紊流 ) 明渠水流 : e 500 (層流 ) 500 (紊流 ) e 的物理意義？它為什么能用來判別流態(tài)？ 答 : 雷諾數(shù)實(shí)質(zhì)是反映粘性力與慣性力之比。層流時(shí)慣性力不大 ,而粘性力占主導(dǎo) ,受粘性力的約束，流體質(zhì)點(diǎn)做規(guī)則運(yùn)動(dòng)。紊流時(shí)慣性力占主導(dǎo)，受到干擾形成渦體，當(dāng)粘性力約束不了渦體時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)互相摻混，所以用雷諾數(shù)可以來判別流態(tài)。 流量增大，雷諾數(shù)是增大還是變小？當(dāng)輸水管流量一定時(shí)，隨管徑加大，雷諾數(shù)是增大還是變?。?答 : 當(dāng)輸水管直徑一定時(shí)，隨流量增大，雷諾數(shù)增大； 當(dāng)輸水管流量一定時(shí)，隨管徑加大，雷諾數(shù)變小。 過不同粘滯性的液體，它們的臨界雷諾數(shù)是否相同？ 答 :不一定。 生能量損失的物理原因是什么？ 答 : 有沿程能量損失和局部能量損失兩種。一是因?yàn)榱黧w具有粘滯性，二是因?yàn)楣腆w邊界條件的影響。 四、計(jì)算題 （解體思路與答案） 有已輸油管，管長 00 ,管徑 ，已知油 的密度 3930 ，動(dòng)力粘滯系數(shù)2072.0 。當(dāng)通過輸油管的流量 時(shí)，判斷液流的流態(tài)，計(jì)算輸油管的沿程水頭損失 解： (1) 計(jì)算雷諾數(shù)判別流態(tài)。 (2) 計(jì)算沿程阻力系數(shù)。 (3) 計(jì)算沿程水頭損失 答案：層流 沿程水頭損失 柱 ) ，管中水流流速 . ，水溫 ，（ 1）試判別其流態(tài)；（ 2）若流速與水溫不變，管徑改變?yōu)?管中流態(tài)又如何？（ 3）若流速與水溫不變，管流由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)，水管直徑為多大？ 解： (1) 查表 , 求運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù) , 計(jì)算雷諾數(shù)判別流態(tài)。 答案：層流 （ 2）同上 答案：紊流 （ 3）設(shè)雷諾數(shù)等于 2000，求管徑。 答案： 14 管內(nèi)通過 的水，測得通過的流量為 35 2 ，在管長15m 的管段上測得水頭損失為 2求該圓管內(nèi)徑 d。 解：（ 1）設(shè)管中水流為層流，推導(dǎo)出沿程阻力系數(shù)表達(dá)式并代入數(shù)據(jù)； （ 2）將上式再代入達(dá)西公式 2并化簡，代入數(shù)據(jù)求管 徑。 答案： ，管中水流流速 ，水溫 ，試判別其流態(tài)。 解：答案：紊流 5凝土明渠中水流為均勻流，水力坡度 00090J . ，明渠底寬為 ，水深 ，粗糙系數(shù) 0140n . ，計(jì)算明渠中通過的流量（分別用曼寧公式和巴氏公式計(jì)算）。 解：此渠道為矩形渠道， 計(jì)算出水力要素：面積 A，濕周 ，水力半徑 R， 用曼寧公式和巴氏公式計(jì)算謝齊系數(shù) C， 謝齊公式計(jì)算流速； 計(jì)算量 答案： （用曼寧公式計(jì)算） （用巴氏公式計(jì)算） 知 ， ， ，管道的當(dāng)量粗糙度 ，水溫為 。若管道的出口流速 ，求（ 1）水位 H；（ 2）繪出總水頭線和測壓管水頭線。 解： (1)計(jì)算管中的雷諾數(shù)判斷流態(tài) .。（第 1 條管道在水力光滑區(qū)，第 2 條管道在紊流 粗糙區(qū)）。 （ 2）用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算沿程阻力系數(shù) （ 3）兩管聯(lián)接處為突然放大的局部阻力系數(shù)，進(jìn)口局部阻力系數(shù) （ 4）沿程阻力系數(shù) 選取公式有別，結(jié)果可不同。 答案： 15 位恒定，通過一根管徑 、管長 的管道，已知水池水面和管道出口高差 ，管道上有兩個(gè)彎頭，每個(gè)彎頭的局部 阻力系數(shù) 30. ，管道進(jìn)口是直角進(jìn)口（ 50. ）管道全長的沿程阻力系數(shù) 0250. ，試求通過管道的流量。 解：管道作用水頭等于沿程水頭損失與局部水頭損失之和。沿程阻力系數(shù)、局部阻力系數(shù)已知，可用公式直接求解。 答案： 第 6 章 一、選擇題 1. 虹吸管正常工作，其頂部的真空值一般不大于（ B ）水柱高。 A. B. C. 9m 2. 短管淹沒出流的計(jì)算時(shí)，作用水頭為（ B ）。 A. 短管出口中心至上游水面高差； B 短管出口中心至下游水面高差； C. 上下游水面高差 3外延管嘴正常工作的條件是（ D ） A管長大于 3的管徑 H C. 作用水頭大于 H D. 管長 l =(3-4)d ，作用水頭 H H 4按短管進(jìn)行水力計(jì)算的管路是 （ C ） ( D ) 二、判斷題 1計(jì)算阻力損失時(shí)，短管既要考慮局部阻力損失，也要考慮沿程阻力損失，長管計(jì)算同樣也要考慮這兩項(xiàng)損失。（ 錯(cuò)誤 ） 2長管是指幾何長度很長的管道。（ 正確 ） 3孔口淹沒出流時(shí)，孔口淹沒越深，其出流的流速和流量就越大。（正確 ） 4管嘴收縮斷面的真空度與作用水 頭成正比，作用水頭越大，收縮斷面的真空度越大，泄 流量也越大。（正確） 5同一短管，在自由出流和淹沒出流條件下，流量計(jì)算公式的形式及流量系數(shù) 的數(shù)值均 相同。（ 正確 ） 兩孔口形狀、尺寸完全相同，作用水頭相同，一個(gè)為自由出流，一個(gè)為淹沒出流，二者的流量是相同的。 （錯(cuò)誤 ） 三、簡答題 16 為什么管嘴出流時(shí)，阻力增加了，泄流量反而增大？ 答：因?yàn)樵诠茏爝M(jìn)口收縮斷面處形成了負(fù)壓，相當(dāng)增加了作用水頭，在相同條件下管嘴出流比孔口出流的流量大。 寫出薄壁小 孔口出流的收縮系數(shù) ，流速系數(shù) 和流量系數(shù) 的表達(dá)式。 答：（略） 外延管嘴的正常工作條件是什么？ 答：管嘴長： 43( ，作用水頭 ： 4. 為什么外延管嘴出流比同等條件下孔口出流的流量大？ 答：（與 1 重復(fù)） 四、計(jì)算題 （解體思路與答案） 1有一虹吸管，作用水頭 1 ，管長 ，管徑 ，沿程損失系數(shù) ，進(jìn)口設(shè)攔污柵，進(jìn)口局部損失系數(shù) ，彎管局部損失系數(shù) 。求該虹吸管的過流量、管中最大真空值，并定性繪出其測壓管水頭線。 解：此題屬短管的水力計(jì)算，可以用能量方程求解，也可直接 用公式。要點(diǎn)有 2 。 局部損失系數(shù)要考慮周全（共 3 個(gè)）。 此題，管中最大真空值發(fā)生在最高處。 答案： 2 2. 一水塔供水系統(tǒng)如圖所示，已知管道末端要求的自由水頭 0m，管徑 50mm，5050長 00m， 00m， 00m， ， ， ，管道的粗糙系數(shù) n=確定水塔高度 H。 解：此題屬短管的水力計(jì)算，也可直接用公式求解。要點(diǎn)有 3 。 長管公式要記住，應(yīng)注意修正。 管中（節(jié)點(diǎn)）流量要算對。 題目中給出了管道的粗糙系數(shù)，意指管流在粗糙區(qū)，不必修正，但要記住以下公式， 17 611 28 528 2 答案： H=. 圓形有壓涵管穿過路基，管長 0 ，管徑 ，上下游水位差 ，管路沿程阻力系數(shù) ，局部阻力系數(shù)：進(jìn)口 5.0e ，彎管 65.0b ，水下出口 0.1，求通過流量？ 解：此題屬短管的水力計(jì)算，也可直接用公式求解。要點(diǎn)是局部損失系數(shù)要考慮周全（共 4個(gè)） 答案 : 作業(yè) 4 答案 (第 7 章、第 8 章、第 9 章、第 10 章 ) 第 7 章 一、選擇題 1. 對于管道無壓流，當(dāng)充滿度 分別為（ B ）時(shí)，其流量和速度分別達(dá)到最大。 A. B. C. 081 D. 于 a, b, c 三種水面線，下列哪些說法是錯(cuò)誤（ A ）（ C ） A所有 a、 c 型曲線都是壅水曲線，即 0水深沿程增大。 B所有 b 型曲線都是壅水曲線，即 0水深沿程增大。 C所有 a、 c 型曲線都是降水曲線，即 0水深沿程減小。 18 D所有 b 型曲線都是降水曲線，即 0水深沿程減小。 3. 跌水的形成條件是（ D ） 4水躍的形成條件是（ C ） 5兩段長直的棱柱形渠道，通過的流量相同 ,（ B ） 1n 2n ），其他參數(shù)相同（ ), 則 0201 21 ），其他參數(shù)相同（ ), 則 0201 21 ），其他參數(shù)相同（ ), 則 0201 21 ），其他參數(shù)相同（ ), 則 0201 6. 一梯形斷面渠道，底寬 b=2m，邊坡系數(shù) m=渠中的水深 h=則濕周 、水力半徑 R 分別為（ D ） A. B. C. D. 、判斷題 1、緩流一定是均勻流，急流一定不是均勻流。 （ 錯(cuò)誤 ） 2、斷面單位能量沿程可大、可小，或者不變。（ 錯(cuò)誤 ） 3、明 渠中均勻流一定是恒定流。（ 正確 ） 4、明渠水流，從緩流到急流發(fā)生水躍。 ( 正確 ) 5談到某水流是臨界流、急流、緩流 ,這是以明渠斷面尺寸、流量一定為前題而講的。 （ 錯(cuò)誤 ） 明渠水流的測壓管水頭線不可能沿程上升。（ 正確 ） 三、簡答題 1、簡述明渠均勻流的水力特征及其形成條件。 答 : 明渠均勻流的水力特征 : （ 1） 底坡線，水面線，總線頭線三線平行，即 ， （ 2）水深 h ，過水?dāng)嗝婷娣e A，斷面平均流速及斷面流速分布沿程不變。 明渠均勻流形成條件： 流量恒定。 必須是長直棱柱形渠道，糙率 n 不變。 底坡 i 不變。 簡述明渠水流的三種流態(tài)及其四個(gè)判別方法及標(biāo)準(zhǔn)。 答 : 明渠水流分為緩流、急流、臨界流。 個(gè)判別方法有： 19 干擾波：波速 C= v =C 為臨界流， v c 為急流； 弗勞德數(shù)：弗勞德數(shù) 臨界流， 1 緩流， 1 急流； 臨界水深 緩流， 臨界流， 急流， 臨界底坡 緩流， 臨界流， 急流。 3. 寫出佛勞德數(shù)的表達(dá)式，并說明其物理意義。 答 : 弗勞德數(shù) 理意義是 :反映動(dòng)能與勢能之比。 為什么要引入斷面單位能量的概念？ 答 : 引入斷面單位能量，目的是分析水面曲線的變化規(guī)律和建立臨界流方程。 5. 簡述明渠恒定非均勻流的水力 特征。 答 : 過水?dāng)嗝婷娣e A，水深 h ，沿程改變。即 )(),( 底坡線，水面線，總線頭線三線不再平行，即 ， 作圖題 (略 ) 下面為長直棱柱形渠道， n 不變，試定性繪出可能出現(xiàn)的水面曲線型式。 計(jì)算題 某輸水渠道，沙質(zhì)土壤，岸邊有雜草，糙率系數(shù) n=底坡 I=斷面為梯形，邊坡系數(shù) m= 按水力最優(yōu)斷面設(shè)計(jì)，通過流量 Q=s, 試確定其斷面尺寸。 解 : （ 1）按水力最優(yōu)斷面條件計(jì)算寬深比。 （ 2）計(jì)算相關(guān)水力要素：過流斷面積、水力半徑。代入流量基本公式解出水深。 （ 3）求出底寬。 答案： 有兩段矩形斷面渠道相連，通過流量 Q=s，底寬 b=2m, 混凝土襯護(hù)， n=兩段渠道是否為水躍銜接？若是水躍銜接，是何種形式水躍？并定性繪圖表示。 解 : （ 1）（計(jì)算臨屆水深、臨界底坡）判斷兩矩形斷面渠道是急流還是緩流，確定是否為水躍銜接。（答案：是） （ 2）計(jì)算（或查附錄 C）求正常水深 0201,把 01h 視為躍前水深，求躍后水深 h 與02h 比較。 答案：遠(yuǎn)驅(qū)式水躍 20 第 8 章 選擇題 1實(shí)用斷面堰常常設(shè)計(jì)成真空堰，其目的是（ B ） （ a）減小水流對壩面的沖刷 （ b）提高過流能力 （ c）減小空化空蝕 （ d）節(jié)省建筑材料 2、 小橋過流與（ C ）具有相同的水力特征。 （ a）薄壁堰流 （ b）寬頂堰流 （ c）實(shí)用斷面堰流 （ d）閘孔出流 3. 寬頂堰形成淹沒出流的充分條件是 ( D ) (a) 0 (b) 0 (c) (d) 4下述堰的分類哪 個(gè)正確（ A ） (a) /H 薄壁堰 (b) 薄壁堰 判斷題 只要寬頂堰下游水深超過堰頂，就為淹沒出流。（ 正確 ） 小橋過流的淹沒