24秋國(guó)家開(kāi)放大學(xué)《流體力學(xué)》形考任務(wù)1-10參考答案_第1頁(yè)
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國(guó)家開(kāi)放大學(xué)《流體力學(xué)》形考任務(wù)1-10參考答案《流體力學(xué)》是國(guó)家開(kāi)放大學(xué)“開(kāi)放教育試點(diǎn)”工學(xué)科土建類土木工程專業(yè)的一門公共必修課程。本課程共4學(xué)分。程編號(hào):03395形考任務(wù)1一、選擇題1.牛頓內(nèi)摩擦定律適用于()。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()。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()連續(xù)。A.在宏觀上B.在微觀上C.分子間D.原子間4.在國(guó)際制單位制中流體力學(xué)基本量綱不包括()。A.時(shí)間B.質(zhì)量C.長(zhǎng)度D.力5.在靜水中取一六面體,作用在該六面體上的力有()。A.切向力、正壓力B.正壓力、重力C.切向力、重力D.正壓力、切向力、重力6.下屬那些力屬于質(zhì)量力()。A.慣性力B.粘滯力C.彈性力D.表面張力E.重力二、判斷題7.壓強(qiáng)和切應(yīng)力屬表面力。(√)8.流體慣性力與加速度方向相同。(×)9.粘滯性可以制止流體流動(dòng)。(√)10.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。(√)三、簡(jiǎn)答題11.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)體一一連續(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(wèn)題。12.什么是流體的粘滯性?它對(duì)流體流動(dòng)起什么作用?答:流體具有的阻滯變形運(yùn)動(dòng)的特性一一流體的粘滯性,它對(duì)流體流動(dòng)產(chǎn)生阻力,造成能量損失。13.動(dòng)力粘滯系數(shù)μ和運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)v有什么區(qū)別?答:兩者都反映流體的粘滯性,μ為動(dòng)力量,v為運(yùn)動(dòng)量,μ=pv,量綱不同。14.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?(1)容器靜止時(shí);(2)容器以等加速度g垂直向上運(yùn)動(dòng);(3)容器以等加速度g垂直向下運(yùn)動(dòng)。答:(1)液體所受單位質(zhì)量力僅有重力;(2)液體所受單位質(zhì)量力為2g;(3)液體所受單位質(zhì)量力為0。15.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。答:(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);(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。四、計(jì)算題(請(qǐng)寫出計(jì)算過(guò)程)16.已知某水流流速分布為u=0.72y1/10,u的單位為m/s,y為距壁面的距離,單位為m。(1)求y=0.1、5、1.0m處的流速梯度;(2)若水的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)v=0.1010cm2/s,計(jì)算相應(yīng)的切應(yīng)力。17.已知溫度20℃時(shí)水的密度ρ=998.2kg/m3,動(dòng)力粘滯系數(shù)μ=1.002×10-3N·s/m2,求其運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)v?形考任務(wù)2一、選擇題1.某點(diǎn)存在真空時(shí)()。A.該點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為正值B.該點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為正值C.該點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為負(fù)值D.該點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為負(fù)值2.流體靜壓強(qiáng)的()。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(wú)關(guān)3.流體平衡微分方程的全微分式為()。A.dp=p(Xdx+Ydy+Zdz)B.p=p(x,y,z)C.P=Pa+ρgh4.壓強(qiáng)單位為N/m2時(shí),采用了哪種表示法()。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(cè)壓管液面()。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6.等壓面與質(zhì)量力垂直。(√)7.某點(diǎn)存在真空,是指該點(diǎn)的壓強(qiáng)小于大氣壓強(qiáng)。(×)8.靜止流體中某點(diǎn)壓強(qiáng)的大小,不僅與其淹沒(méi)深度有關(guān)還與受壓面的方位有關(guān)。(×)9.相對(duì)壓強(qiáng)的數(shù)值可為正值,也可以是負(fù)值。(√)10.靜止液面下的閘板的總壓力作用中心與閘板形心重合。(×)11.和大氣相通容器的測(cè)壓管液面一定與容器內(nèi)液面高度相同。(√)12.相對(duì)靜止的液體的等壓面一定是水平面。(×)三、簡(jiǎn)答題13.等壓面是水平面的條件是什么?答:等壓面是水平面的條件是:(1)續(xù)介質(zhì)(2)同一介質(zhì)(3)單一重力作用下14.同一容器中裝兩種液體,且在容器側(cè)壁裝了兩根測(cè)壓管。試問(wèn):圖中所標(biāo)明的測(cè)壓管中液面位置對(duì)嗎?為什么?答:圖中所標(biāo)明的測(cè)壓管中液面位置不對(duì)。因?yàn)?,右測(cè)壓管液面要低一些,從點(diǎn)壓強(qiáng)的大小分析。15.圖中三種不同情況,試問(wèn):A-A、B-B、C-C、D-D中哪個(gè)是等壓面?哪個(gè)不是等壓面?為什么?答:根據(jù)等壓面是水平面的條件:(a)A-A是(b)B-B不是(c)C-C不是,D-D是四、計(jì)算題(請(qǐng)寫出計(jì)算過(guò)程)16.已知某點(diǎn)絕對(duì)壓強(qiáng)為80kN/m2,當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)pa=98kN/m2。試將該點(diǎn)絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)和真空壓強(qiáng)用水柱及水銀柱表示。17.一封閉水箱自由表面上氣體壓強(qiáng)p0=25kN/m2,h1=5m,h2=2m。求A、B兩點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)。18.如圖所示為一復(fù)式水銀測(cè)壓計(jì),已知?1=2.3m,?2=1.2m,?3=2.5m,?4=1.4m,?5=1.5m(改為19.某壓差計(jì)如圖所示,已知HA=HB=1m,ΔH=0.5m。求:pA-pB。20.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)。21.一溢流壩上的弧形閘門。已知:R=10m,閘門寬b=8m,θ=30°。求作用在該弧形閘門上的靜水總壓力的大小和方向。形考任務(wù)3一、選擇題1.流體運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性方程是根據(jù)()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()。A.恒定流B.非恒定流C.非恒定均勻流二、判斷題3.以每個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律為研究對(duì)象的方法稱為拉格朗日法。(√)4.恒定流一定是均勻流。(×)5.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)。(√)6.無(wú)旋流就是無(wú)渦流。(√)7.非均勻流一定是非恒定流。(×)三、簡(jiǎn)答題8.述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法是什么?簡(jiǎn)述其內(nèi)容。答:(1)拉格朗日(Lagrange)法:拉格朗日法以研究個(gè)別流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ),通過(guò)對(duì)每個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究來(lái)獲得整個(gè)流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。這種方法又稱為質(zhì)點(diǎn)系法。拉格朗日法的基本特點(diǎn)是追蹤單個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。(2)歐拉(Euler)法:歐拉法是以考察不同流體質(zhì)點(diǎn)通過(guò)固定的空間點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況來(lái)了解整個(gè)流動(dòng)空間內(nèi)的流動(dòng)情況,即著眼于研究各種運(yùn)動(dòng)要素的分布場(chǎng)。這種方法又叫做流場(chǎng)法。歐拉法中,流場(chǎng)中任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)要素可以表示為空間坐標(biāo)和時(shí)間的函數(shù)。9.流體微團(tuán)體運(yùn)動(dòng)分為哪幾種形式?答:流體微團(tuán)體運(yùn)動(dòng)分為:(1)平移;(2)線變形;(3)角變形:(4)旋轉(zhuǎn)變形。10.寫出恒定平面勢(shì)流中流函數(shù)具有的性質(zhì),流函數(shù)與流速勢(shì)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(shì)流的流函數(shù)為一個(gè)調(diào)和函數(shù)。流函數(shù)與流速勢(shì)的關(guān)系:(1)流函數(shù)與勢(shì)函數(shù)為調(diào)和函數(shù);(2)等勢(shì)線與等流函數(shù)線正交。11.什么是過(guò)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(guò)流斷面。過(guò)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(jiǎn)化計(jì)算。12.如圖所示,水流通過(guò)由兩段等截面及一段變截面組成的管道,試問(wèn):(1)當(dāng)閥門開(kāi)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(kāi)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II段管中是漸變流還是急變流時(shí),與該段管長(zhǎng)有無(wú)關(guān)系?(1)是恒定流。I、III是均勻流,II是非均勻流。(2)管中為非恒定流。(3)有。管段相當(dāng)長(zhǎng)為漸變流,管段較短為急變流。四、計(jì)算題(請(qǐng)寫出計(jì)算過(guò)程)13.恒定二維流動(dòng)的速度場(chǎng)為Ux=αXZUy=-αy,其中α=1秒-1。(1)論證流線方程為xy=C;(2)繪出C=14.試檢驗(yàn)下述不可壓縮流體的運(yùn)動(dòng)是否存在?(1)U(2)U15.水流從水箱經(jīng)管徑分別為d1=10cm,16.如圖鉛直放置的有壓管道,已知d1=200mm,d2=100mm,斷面1-1處的流速v1=1m/s。求(1)輸水流量Q;(2)斷面2-2處的平均流速v2;(3)若此管水平放置,輸水流量Q及斷面2-2處的速度v2是否發(fā)生變化?(4)圖a中若水自下而上流動(dòng),Q及v2是否會(huì)發(fā)生變化?17.已知某流場(chǎng)的流速勢(shì)為φ=a2(x2-y18.對(duì)于ux=2xy,uy=a2+x2-y形考任務(wù)4一、選擇題1.總流伯努力方程適用于()。A.恒定流B.非恒定流C.可壓縮流體2.總水頭線與測(cè)壓管水頭線的基本規(guī)律是:()。A.總水頭線總是沿程下降的B.總水頭線總是在測(cè)壓管水頭線的上方C.測(cè)壓管水頭線沿程可升可降D.測(cè)壓管水頭線總是沿程下降的二、判斷題3.N-S方程為理想流體運(yùn)動(dòng)的微分方程。(√)4.畢托管是量測(cè)流體電流速的一種儀器。(√)三、簡(jiǎn)答題5.說(shuō)明總流能量方程中各項(xiàng)的物理意義。6.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?7.應(yīng)用恒定總流能量方程時(shí),為什么把過(guò)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(z+P/ρg)作為常數(shù)提到積分號(hào)外面,只有漸變流斷面或均勻流斷面的z+P/ρg=c。8.在寫總流能量方程時(shí),過(guò)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z+P/ρg=c。9.關(guān)于水流流向問(wèn)題有如下一些說(shuō)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(shuō)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(duì)),對(duì)明渠水流是對(duì)的,對(duì)有壓管流不一定?!八菑膲簭?qiáng)大向壓強(qiáng)小的地方流”(不對(duì)),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)10.總流的動(dòng)量方程為F=ρQ(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(shuō)明什么問(wèn)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(shuō)明原假設(shè)的力的方向不對(duì),反向即可。四、計(jì)算題(請(qǐng)寫出計(jì)算過(guò)程)11.在一管路上測(cè)得過(guò)流斷面1-1的測(cè)壓管高度P1ρg為5m,過(guò)流面積A1為0.05m2;過(guò)流斷面2-2的面積A2為0.02m2;兩斷面間水頭損失hω為0.5v122g;管中流量Q為201/s;z1為2.5m,z2為解:(1)能量方程可以求解位能、壓能、流速與能量損失。求測(cè)壓管高度即求壓強(qiáng),自然要想到用能量方程。(2)向未知情況下,流動(dòng)方向可以假定。(3)先求出(4)列能量方程求解=-2.289mH2o(1流向2);=-1.473mH2o(2流向1)12.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(guò)水面積分別是A1=05m2,A2=0.03m3,A3=0.04m2,若水池容積很大,行近流速可以忽略(v0≈0),當(dāng)不計(jì)管路的水頭損失時(shí),試求:(1)出口流速v3及流量Q;(2)繪出管路的測(cè)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)。①因?yàn)槭抢硐肓黧w,作用水頭完全轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。②先解出第3條管中斷面平均流速,在求流量。(2)繪出管路的測(cè)壓管水頭線及總水頭線步驟:①因?yàn)槭抢硐肓黧w,不計(jì)水頭損失,故總水頭線為水平。②計(jì)算各段流速水頭。③總水頭線下方減去1個(gè)流速水頭得測(cè)壓管水頭線。(測(cè)壓管水頭線及總水頭線圖,略)13.如圖一管路,A、B兩點(diǎn)的高差Δz=1m,點(diǎn)A處直徑dA=25m,壓強(qiáng)pA=7.84N/cm2,點(diǎn)B處直徑dB=0.5m,壓強(qiáng)pB=4.9N/cm2,斷面平均流速VB=1.2m/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。從A流向B。14.在水平安裝的文丘里流量計(jì)上,直接用水銀壓差計(jì)測(cè)出水管與喉部壓差Δh為20cm,已知水管直徑為10cm,喉部直徑為5cm,當(dāng)不計(jì)水頭損失時(shí),求通過(guò)流量Q。解:可以直接用公式求解,也可以流能量方程推導(dǎo)公式求解。即,15.為將水庫(kù)中水引至堤外灌溉,安裝了一根直徑d為15cm的虹吸管(如圖),當(dāng)不計(jì)水頭損失時(shí),問(wèn)通過(guò)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),16.一平板閘門寬b為2m,當(dāng)通過(guò)流量Q為8m3/s時(shí)閘前水深h為4m,閘孔后收縮斷面水深hC為5m,求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(guò)流斷面與C-C斷面之間)(2)畫(huà)出相對(duì)壓強(qiáng)分布圖,全面并分析、計(jì)算外力(上游過(guò)流斷面壓力P1,C-C斷面壓力P2,重力沿水流方向的分力為0,設(shè)平板閘門對(duì)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#?)列出的能量方程由兩個(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。作用于平板閘門上的動(dòng)水總壓力R=93.5,方向向右。17.如圖溢流壩,上游斷面水深h1=5m,下游斷面水深h2=0.6m,略去水頭損失;求水流對(duì)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ρ=1000kg/m3,g=10m/s2。解:以1-1與2-2斷面及沿壩面(包括上下游部分河床邊界)與水流自由表面所圍成的空間作為控制體,并取沿水流方向?yàn)閄正向。(1)求上、下游斷面的流速以河床為基準(zhǔn)面,對(duì)1-1與2-2斷面寫能量方程式h1+(P1/ρg)+(α1ν12/2g)=h2+(P2/ρg)+(α2ν22/2g)+hω因?yàn)镻1=P2=Pα,hω=0,α1=α2=1,于是h1+ν12/2g=h2+ν22/2g(a)由連續(xù)方程,得ν1h1=ν2h2(b)將h1=1.5m,h2=0.6m代入式(a)和(b),可求得ν1=1.83m/s,ν2=4.58m/s(2)求1-1斷面和2-2斷面的動(dòng)水壓力P1=12ρgbh12=12×1000×10×2×1.52=2.25P2=12ρgbh22=12×1000×10×2×0.62=0.36(3)計(jì)算過(guò)水?dāng)嗝娴牧髁縌=A2ν2=0.6×2×4.58=5.50m3/s(4)沿x方向?qū)憚?dòng)量方程式令壩面對(duì)水體的反作用力在水平方向的分力為R,方向向左。沿x方向的動(dòng)量方程為ρQ(β2ν2-β1ν1)=P1-P2-RR=P1-P2-ρQ(ν2-ν1)=22.5-3.6-1×5.50×(4.58-1.83)=3.77kN所以壩面對(duì)水體的反作用力R的方向與所設(shè)的方向相同。水流對(duì)壩面的作用力與R大小相等,方向相反。形考任務(wù)5一、選擇題1.管道中液體的雷諾數(shù)與()無(wú)關(guān)。A.溫度B.管徑C.流速D.管長(zhǎng)2.某圓管直徑d=30mm,其中液體平均流速為20cm/s。液體粘滯系數(shù)為0114cm3/s,則此管中液體流態(tài)為()。A.層流B.層流向紊流過(guò)渡C.紊流3.等直徑圓管中紊流的過(guò)流斷面流速分布是()。A.呈拋物線分布B.呈對(duì)數(shù)線分布C.呈橢圓曲線分布D.呈雙曲線分布4.等直徑圓管中的層流,其過(guò)流斷面平均流速是圓管中最大流速的()。A.1.0倍B.1/3倍C.1/4倍D.1/2倍5.圓管中的層流的沿程損失與管中平均流速的()成正比。A.一次方B.二次方C.三次方D.四次方6.圓管的水力半徑是()。A.d/2B.d/3C.d/4D.d/57.謝才公式中謝才系數(shù)的單位是()。A.無(wú)量綱8.判斷層流和紊流的臨界雷諾數(shù)是()。A.上臨界雷諾數(shù)B.下臨界雷諾數(shù)C.上下臨界雷諾數(shù)代數(shù)平均D.上下臨界雷諾數(shù)幾何平均二、判斷題9.層流的沿程水頭損失系數(shù)僅與雷諾數(shù)有關(guān)。(√)10.壁面光滑的管道一定是水力光滑管。(×)11.在過(guò)流斷面突變處一般發(fā)生局部水頭損失。(√)12.等直徑圓管中的層流,其過(guò)流斷面平均流速是圓管中最大流速的1/2倍。(√)13.流體內(nèi)切應(yīng)力方向與流體運(yùn)動(dòng)方向相同。(×)14.阻力平方區(qū)內(nèi)阻力系數(shù)與雷諾數(shù)無(wú)關(guān)。(√)三、簡(jiǎn)答題15.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(duì)數(shù)曲線分布。(也可以畫(huà)圖)16.簡(jiǎn)述尼古拉茲實(shí)驗(yàn)中沿程阻力系數(shù)λ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)λ的變化規(guī)律,文字表述或數(shù)學(xué)公式表述。層流:λ=f(Re);水力光滑區(qū):λ=f(Re);過(guò)渡粗糙區(qū):λ=f(Re,K/d)粗糙區(qū)(阻力平方區(qū)):λ=f(K/d)17.寫出管流和明渠水流雷諾數(shù)的表達(dá)式,并說(shuō)明其層流、紊流的判別標(biāo)準(zhǔn)?答:管流:Re=vd/vRe<2000(層流)Re>2000(紊流)明渠水流:Re=vR/vRe<500(層流)Re>500(紊流)18.雷諾數(shù)的物理意義?它為什么能用來(lái)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(lái)判別流態(tài)。19.當(dāng)輸水管直徑一定時(shí),隨流量增大,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)是增大還是變小?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。20.兩個(gè)不同管徑的管道,通過(guò)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。21.能量損失有幾種形式?產(chǎn)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(請(qǐng)寫出計(jì)算過(guò)程)22.有已輸油管,管長(zhǎng)l=100m,管徑d=5cm,已知油的密度ρ=930kg/m3,動(dòng)力粘滯系數(shù)μ=0.072N?s/m2。當(dāng)通過(guò)輸油管的流量Q=0.005m3/s時(shí),判斷液流的流態(tài),計(jì)算輸油管的沿程水頭損失hf。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)λ。(3)計(jì)算沿程水頭損失hf。層流沿程水頭損失hf=25.74m(油柱)23.水管直徑d=10mm,管中水流流速v=0.2m/s,水溫T=10oC,(1)試判別其流態(tài);(2)若流速與水溫不變,管徑改變?yōu)?0mm,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)v,計(jì)算雷諾數(shù)判別流態(tài)。其流態(tài)是:層流(2)同上其流態(tài)是:紊流(3)設(shè)雷諾數(shù)等于2000,求管徑。d=13.06mm24.有一圓管,在管內(nèi)通過(guò)v=0.013cm2/s的水,測(cè)得通過(guò)的流量為Q=35cm2/s,在管長(zhǎng)15m的管段上測(cè)得水頭損失為2cm,試求該圓管內(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)λ表達(dá)式并代入數(shù)據(jù);(2)將上式再代入達(dá)西公式hf=λ(l/d)(v2/2g)并化簡(jiǎn),代入數(shù)據(jù)求管徑。d=14.2mm25.水管直徑d=100mm,管中水流流速v=100cm/s,水溫T=10oC,試判別其流態(tài)。解:紊流26.凝土明渠中水流為均勻流,水力坡度J=0.0009,明渠底寬為b=2m,水深h=1m,粗糙系數(shù)n=0.014,計(jì)算明渠中通過(guò)的流量(分別用曼寧公式和巴氏公式計(jì)算)。解:濕周χ面積A=bh=2×1=2m2水力半徑R=A/χ=2/4=0.5m(1)代入曼寧公式C=代入謝齊公式v=C明渠中通過(guò)的流量Q=Va=1.35×2=2.7m(2)代入巴氏公式由于0.1m≤R≤3.0m,符合巴氏公式y(tǒng)=2.5=2.5C=1nv=C明渠中通過(guò)的流量Q=vA=1.36×2=2.72m27.水箱側(cè)壁接出一根由兩段不同管徑所組成的管路。已知d1=150mm,d2=75mm,l=50m,管道的當(dāng)量粗糙度?=0.6mm,水溫為20oC。若管道的出口流速v2=2m/s,求(1)水位H;(2)繪出總水頭線和測(cè)壓管水頭線。28.某一水池,水位恒定,通過(guò)一根管徑d=100mm、管長(zhǎng)l=800m的管道,已知水池水面和管道出口高差H=20m,管道上有兩個(gè)彎頭,每個(gè)彎頭的局部阻力系數(shù)ζ=0.3,管道進(jìn)口是直角進(jìn)口(ζ=0.5)管道全長(zhǎng)的沿程阻力系數(shù)λ=0.025,試求通過(guò)管道的流量。解:取管道出口面軸線所在水平面為基準(zhǔn)面,列出水箱水面與管道出口間能量方程:H=hf+hj其中,hf=hj有三部分,兩個(gè)彎頭和一個(gè)突然縮小,hH=hf+hj+v2/2g可寫為計(jì)算出V=1.393m/s,流量Q=AV=π形考任務(wù)6一、選擇題1.虹吸管正常工作,其頂部的真空值一般不大于()水柱高。A.10mB.9mC.7.5mD.6.0m2.短管淹沒(méi)出流的計(jì)算時(shí),作用水頭為()。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()。A.管長(zhǎng)=(3-4)d,作用水頭0.75B.作用水頭大于0.75C.管長(zhǎng)大于3-4倍的管徑D.作用水頭小于0.754.按短管進(jìn)行水力計(jì)算的管路是()。A.虹吸管B.倒虹吸管C.環(huán)狀管網(wǎng)D.支狀管網(wǎng)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(zhǎng)管計(jì)算同樣也要考慮這兩項(xiàng)損失。(╳)2.長(zhǎng)管是指幾何長(zhǎng)度很長(zhǎng)的管道。(√)3.孔口淹沒(méi)出流時(shí),孔口淹沒(méi)越深,其出流的流速和流量就越大。(√)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。(√)5.同一短管,在自由出流和淹沒(méi)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。(√)6.兩孔口形狀、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(méi)出流,二者的流量是相同的。(╳)三、簡(jiǎn)答題1.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。2.寫出薄壁小孔口出流的收縮系數(shù)ε,流速系數(shù)和流量系數(shù)μ的表達(dá)式。答:收縮系數(shù):ε=AC/A流量系數(shù):μ=Q/(A2gH0)流速系數(shù):=1/1+ζ3.外延管嘴的正常工作條件是什么?答:管嘴長(zhǎng):l=(3~4)d,作用水頭:H≤9.0mH2o。四、計(jì)算題(請(qǐng)寫出計(jì)算過(guò)程)1.有一虹吸管,作用水頭H1=1.5m,H2=2.0m,管長(zhǎng)l1=l2=5.0m,管徑d1=d2=0.1m,沿程損失系數(shù)λ=0.02,進(jìn)口設(shè)攔污柵,進(jìn)口局部損失系數(shù)ζ1=10.0,彎管局部損失系數(shù)ζ2=0.15。求該虹吸管的過(guò)流量、管中最大真空值,并定性繪出其測(cè)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。(1)局部損失系數(shù)要考慮周全(共3個(gè))。(2)此題,管中最大真空值發(fā)生在最高處。Q=0.0117m3/s(P/ρg)V=3.369mH22.一水塔供水系統(tǒng)如圖所示,已知管道末端要求的自由水頭Hz=10m,管徑d1=450mm,d2=350mm,d3=250mm,管長(zhǎng)L1=100m,L2=100m,L3=100m,q1=0.10m3/s,q2=0.08m3/s,q3=0.05m3/s,管道的粗糙系數(shù)n=0.02。試確定水塔高度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。(1)長(zhǎng)管公式要記住,應(yīng)注意修正。(2)管中(節(jié)點(diǎn))流量要算對(duì)。(3)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,C=1nR1/6;λ=8g/c2;s=8λ/gπ2d5;H=slQH=15.1 m3.圓形有壓涵管穿過(guò)路基,管長(zhǎng)l=50m,管徑d=1.0m,上下游水位差H=3m,管路沿程阻力系數(shù)λ=0.03,局部阻力系數(shù):進(jìn)口ζa=0.5,彎管ζb=0.65,水下出口ζ=1.0,求通過(guò)流量?解:因?yàn)楹拥垒^寬,忽略上下游流速的影響,以下游水面為基準(zhǔn)面列能量方程:H+0+0=0+0+hwH=hw=(λ=(0.0350流速:v=通過(guò)流量:Q=v形考任務(wù)7一、選擇題1.對(duì)于管道無(wú)壓流,當(dāng)充滿度分別為()時(shí),其流量和速度分別達(dá)到最大。A.1.0,1.0B.0.95,0.81C.0.5,0.5D.0.81,0.812.對(duì)于a,b,c三種水面線,下列哪些說(shuō)法是錯(cuò)誤。()A.所有a、c型曲線都是降水曲線,即dh/ds<0,水深沿程減小。B.所有b型曲線都是壅水曲線,即dh/ds>0,水深沿程增大。C.所有b型曲線都是降水曲線,即dh/ds<0,水深沿程減小。D.所有a、c型曲線都是壅水曲線,即dh/ds>0,水深沿程增大。3.跌水的形成條件是()。A.從急流過(guò)渡到急流B.從急流過(guò)渡到緩流C.從緩流過(guò)渡到急流D.從緩流過(guò)渡到緩流4.水躍的形成條件是()。A.從緩流過(guò)渡到急流B.從急流過(guò)渡到緩流C.從緩流過(guò)渡到緩流D.從急流過(guò)渡到急流5.兩段長(zhǎng)直的棱柱形渠道,通過(guò)的流量相同()。A.底寬不同(b1>b2),其他參數(shù)相同(i,n,m,Q),則h01>h02B.粗糙系數(shù)不同(n1>n2),其他參數(shù)相同(n,b,m,Q),則h01>h02C.邊坡系數(shù)不同(m1>m2),其他參數(shù)相同(i,n,b,Q),則h01>h02D.底坡不同(i1>i2),其他參數(shù)相同(i,b,m,Q),則h01>h026.一梯形斷面渠道,底寬b=2m,邊坡系數(shù)m=1.0,明渠中的水深h=0.5m,則濕周、水力半徑R分別為()。A.3.5,0.30B.3.414,0.30C.3.5,0.366D.3.414,0.366二、判斷題1.緩流一定是均勻流,急流一定不是均勻流。(√)2.?dāng)嗝鎲挝荒芰垦爻炭纱?、可小,或者不變。(╳)3.明渠中均勻流一定是恒定流。(√)4.明渠水流,從緩流到急流發(fā)生水躍。(╳)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。(╳)6.明渠水流的測(cè)壓管水頭線不可能沿程上升。(√)三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)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i=J=JP。(2)水深h,過(guò)水?dāng)嗝婷娣eA,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:(1)流量恒定。(2)必須是長(zhǎng)直棱柱形渠道,糙率n不變。(3)底坡i不變。2.簡(jiǎn)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。各判別方法有:(1)干擾波:波速C=ghm,v=C為臨界流,v<c為緩流,v(2)弗勞德數(shù):弗勞德數(shù)Fr=v/ghm,F(xiàn)r=1臨界流,F(xiàn)r<1緩流,F(xiàn)r(3)臨界水深hk:h>hk緩流,h=hk臨界流,h<hk急流,對(duì)于矩形渠道,hk=3q(4)臨界底坡ik:i<ik緩流,i=ik臨界流,i>ik急流。3.寫出佛勞德數(shù)的表達(dá)式,并說(shuō)明其物理意義。答:弗勞德數(shù)Fr=vg4.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(jiǎn)述明渠恒定非均勻流的水力特征。答:(1)過(guò)水?dāng)嗝婷娣eA,水深h,沿程改變。即h=f(s),A=f(s)。(2)底坡線,水面線,總線頭線三線不再平行,即i≠J≠JP。四、作圖題1.下面為長(zhǎng)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。答:五、計(jì)算題(請(qǐng)寫出計(jì)算過(guò)程)1.某輸水渠道,沙質(zhì)土壤,岸邊有雜草,糙率系數(shù)n=0.025,底坡I=0.002,斷面為梯形,邊坡系數(shù)m=1.0。按水力最優(yōu)斷面設(shè)計(jì),通過(guò)流量Q=0.8m3/s,試確定其斷面尺寸。解:βh=2(1+m2-m)=2×(2-1A=(b+mh)h=(βh+m)h2R=h/2C=1/n(R1/6)Q=ACRih=223nQb=βhh=0.8285×0.7=0.57995=0.58m2.有兩段矩形斷面渠道相連,通過(guò)流量Q=2.8m3/s,底寬b=2m,混凝土襯護(hù),n=0.015,i1=0.012,i2=0.0008。這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)hAXRCi所以,這兩段渠道是水躍銜接(2)KKyyh=所以,是遠(yuǎn)驅(qū)式水躍形考任務(wù)8一、選擇題1.滲流雷諾數(shù)可定義為(B)。A.B.C.2.土壤的滲透系數(shù)與以下()無(wú)關(guān)。A.大氣壓強(qiáng)B.土壤的性質(zhì)C.流體的溫度D.流體的種類3.當(dāng)不透水層底坡i<0,為()滲流。A.逆坡B.平坡C.順坡4.完全井為()。A.井深直達(dá)不透水層的承壓井B.井深未達(dá)到不透水層的潛水井C.井深直達(dá)不透水層的潛水井D.井深未達(dá)到不透水層的承壓井二、判斷題1.在漸變滲流中水力坡度線和浸潤(rùn)線重合。(√)2.滲流模型中滲流流速與實(shí)際空隙中的平均流速是相等的。(×)3.在無(wú)壓滲流中,重力水的自由表面稱為浸潤(rùn)線。(×)4.達(dá)西定律是滲流中最基本的定律,它適用于所有的滲流。(√)三、簡(jiǎn)答題1.滲流模型是如何建立的,為什么可以如此建立?答:把包括土顆粒組成的骨架在內(nèi)的整個(gè)空間看做滲流流場(chǎng),認(rèn)為流體在該流場(chǎng)作連續(xù)流動(dòng),用虛擬的流速代替實(shí)際流速,稱為滲流模型。因?yàn)橥寥李w粒組成的通道相當(dāng)復(fù)雜,滲流運(yùn)動(dòng)要素不便于統(tǒng)計(jì)、量測(cè),引入滲流模型概念,即把整個(gè)滲流流場(chǎng)看成流體的連續(xù)流動(dòng),可借用管流、明渠流建立的的概念。2.達(dá)西定律與裘皮幼公式的區(qū)別和聯(lián)系。答:滲流達(dá)西定律表示為:v=kJ,而裘皮幼公式可表示為:u=v=kJ,裘皮幼公式表明漸變滲流中平均流速與點(diǎn)流速是相等的,即滲流的過(guò)流斷面流速分布為矩形。滲流達(dá)西定律與裘皮幼公式都適用于滲流層流。四、計(jì)算題(請(qǐng)寫出計(jì)算過(guò)程)1.一渠道位于河道的上方(參考圖9-6),渠道和河道之間有透水層,相距=200m,渠道右岸水深3.0m,河道左岸水深為4.0m,土層滲透系數(shù)=0.001cm2/s,不透水層底坡=0.003,按平面滲流處理,求單寬渠長(zhǎng)的滲流量并繪制浸潤(rùn)線。解:?jiǎn)螌挐B流量q=0.33l/s=330cm2/s2.如圖所示為基坑排水,設(shè)4個(gè)普通完全井,圓形分布,圓的半徑為30m,井徑相同為0.2m,含水層厚H=10m,滲透系數(shù)=0.02cm/s,椐工程需要,基坑內(nèi)中心水位降深S>3m,假設(shè)各井抽水量相同,求總的抽水量。解:此題為井群的水力計(jì)算,可直接用公式求解。得Q=0.0984m3/s形考任務(wù)9一、選擇題1.實(shí)用斷面堰常常設(shè)計(jì)成真空堰,其目的是()。A.節(jié)省建筑材料B.提高過(guò)流能力C.減小空化空蝕D.減小水流對(duì)壩面的沖刷2.小橋過(guò)

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