工程流体力学试题及答案1Word格式.docx
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c、2;
d、1。
(6)已知液体流动的沿程水力摩擦系数与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关,即可以判断该液体流动属于答案:
c
a、层流区;
b、紊流光滑区;
c、紊流过渡粗糙区;
d、紊流粗糙区
(7)突然完全关闭管道末端的阀门,产生直接水击。
已知水击波速c=1000m/s,水击压强水头H=250m,则管道中原来的流速v0为答案:
c
a、1.54mb、2.0mc、2.45md、3.22m
(8)在明渠中不可以发生的流动是(答案:
a、恒定均匀流;
b、恒定非均匀流;
c、非恒定均匀流;
d、非恒定非均匀流。
(9)在缓坡明渠中不可以发生的流动是(答案:
b)。
a、均匀缓流;
b、均匀急流;
c、非均匀缓流;
d、非均匀急流。
(10)底宽b=1.5m的矩形明渠,通过的流量Q=1.5m3/s,已知渠中某处水深h=0.4m,则该处水流的流态为答案:
a、缓流;
b、急流;
c、临界流;
(11)闸孔出流的流量Q与闸前水头的H(答案:
d)成正比。
a、1次方b、2次方c、3/2次方d、1/2次方
(12)渗流研究的对象是(答案:
a)的运动规律。
a、重力水;
b、毛细水;
c、气态水;
d、薄膜水。
(13)测量水槽中某点水流流速的仪器有答案:
a、文丘里计b、毕托管c、测压管d、薄壁堰
(14)按重力相似准则设计的水力学模型,长度比尺λL=100,模型中水深为0.1米,则原型中对应点水深为和流量比尺为答案:
d
a、1米,λQ=1000;
b、10米,λQ=100;
c、1米,λQ=100000;
d、10米,λQ=100000。
2、判断题:
(每小题2分)
(1)任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。
(错误)
答案:
(2)水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。
()
错误
(3)水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。
(4)粘滞性是液体产生水头损失的内因。
正确
(5)同样条件下直接水击比间接水击更不安全。
(6)在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。
(7)矩形断面水力最佳断面的宽深比β=2。
(8)断面比能沿流程总是减小的。
(9)在流量和渠道断面形式一定的条件下,跃前水深越大,跃后水深也越大。
()
(10)渗流达西定律适用的条件是恒定均匀层流渗流,并且无渗透变形。
正确
3、填空题:
(每小题2~4分)
(1)牛顿内摩擦定律适用的条件是层流运动和牛顿液体。
(2)液体中某点的绝对压强为100kN/m2,则该点的相对压强为2kN/m2,真空度为不存在。
(3)只受重力作用,静止液体中的等压面是水平面。
(4)实际液体在流动时产生水头损失的两个主要原因是答案:
液体存在粘滞性和边界的影响。
(5)水流在明渠中的流态为缓流时,其水深hhk,弗汝德数Fr1。
(6)在流量不变的条件下,水跃的跃前水深越小,则水跃的跃后水深越大。
(7)根据管道水头损失计算方法的不同,管道可以分为短管和长管。
(8)在水击计算中阀门关闭的时间Ts水击相长Tr的水击,称为直接水击,把TsTr的水击称为间接水击。
(9)a2型水面曲线是发生在陡坡坡上的缓流流(指急流或缓流)的水面线,这时弗汝德数Fr沿程减小(指增大、减小或不变)
(10)溢流堰的过堰流量与堰顶水头的3/2次方成正比。
(11)泄水建筑物下游发生远驱水跃时,下游收缩断面水深hc的共轭水深
hc’’ht(ht为下游河道的水深,填写、、符号)
填写、、符号
(12)按重力相似准则设计的溢流坝水力模型,长度比尺λL=25,当模型中某点的流速为vm=o.8m/s,则原型中对应点的流速为vp=4m/sm/s。
4、问答题:
(每小题3~4分)
(1)什么是理想液体?
为什么要引入理想液体的概念?
理想液体是指没有粘滞性的液体。
实际液体都具有粘滞性,在液体流动时会引起能量损失,给分析液体运动带来很大困难。
为了简化液体运动的讨论,我们引入了理想液体的概念,忽略液体的粘滞性,分析其运动规律,然后再考虑粘滞性影响进行修正,可以得到实际水流的运动规律,用以解决实际工程问题。
这是水力学重要的研究方法。
(2)“均匀流一定是恒定流”,这种说法是否正确?
为什么?
这种说法错误的。
均匀是相对于空间分布而言,恒定是相对于时间而言。
当流量不变通过一变直径管道时,虽然是恒定流,但它不是均匀流。
(3)简述尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数λ的变化规律。
通过尼古拉兹实验可以发现:
在层流中λ仅是雷诺数Re的函数并与Re成反比;
在层流到紊流过渡区,λ仅是Re的函数;
在紊流光滑区λ=f1(Re);
过渡区λ=f2(Re,);
粗糙区λ=f3(),紊流粗糙区又称为阻力平方区。
(4)为什么舍齐公式只适用于阻力平方区?
舍齐公式是根据明渠均匀流的大量观察资料总结的公式,自然界中明渠水流几乎都处于紊流阻力平方区,因此该公式只适用于紊流阻力平方区。
(5)流动相似的含义是什么?
流动相似包括几何相似、运动相似和动力相似。
其中几何相似是前提,动力相似是保证,才能实现流动相似。
(6)从力学意义上解释明渠均匀流只能在正坡渠道中产生的原因。
均匀流的断面平均流速水头和压强水头沿程不变,但水流运动总要消耗能量,因此从能量方程来分析,只能消耗位能来克服水流阻力。
所以均匀流只能产生在正坡渠道中。
(7)分析水面曲线时,如何寻找急流和缓流的控制断面?
急流的控制断面在上游,因为外界对急流的干扰不能向上游传播;
缓流的控制断面在下游,其原因与急流正好相反。
(8)在渗流计算中达西定律与杜比公式有何区别?
达西定律适用于任一点的渗流流速u=kJ,其适用于恒定均匀层流渗流;
而杜比公式是适用于恒定非均匀渐变层流渗流,同一过水断面上各点的渗流流速都相等且等于v=kJ。
5、作图题:
(1)定性绘出图示管道(短管)的总水头线和测压管水头线。
(5分)
解:
(2)定性绘出图示棱柱形明渠内的水面曲线,并注明曲线名称及流态。
(各渠段均充分长,各段糙率相同)(5分)
6、计算题:
(1)图示一跨河倒虹吸管,正方形断面面积为A=0.64m2,长l=50m,两个30。
折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为ζ1=0.2,ζ2=0.5,ζ3=1.0,沿程水力摩擦系数λ=0.024,上下游水位差H=3m。
求通过的流量Q?
(10分)
按短管计算,取下游水面为基准面,对上下游渠道内的计算断面建立能量方程
(5分)
计算方形管道断面的水力半径和局部水头损失系数
将参数代入上式计算,可以求解得到
即倒虹吸管内通过的流量为2.662m3/s。
(2)从水箱接一橡胶管道及喷嘴(如图)。
橡胶管直径D=7.5cm,喷嘴出口直径d=2.0cm。
水头H=5.5m。
由水箱至喷嘴的水头损失hw=0.5m。
用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强p=4.9Ncm2。
如用手握住喷嘴,需要多大的水平力R,行近流速v0=0,取动能校正系数和动量校正系数均为1。
(15分)
以过喷嘴中心的水平面为基准面,列水箱渐变流断面11和喷嘴出口断面22的能量方程
求得喷嘴出口流速和流量为
(1.5分)
橡胶管道内的流速为
(1分)
对于喷嘴建立x方向的动量方程
N(6.5分)
水流对喷嘴冲击力为
即为手握喷嘴所需之力。
(1分)
(3)有一梯形渠道,底宽b=10m,水深h=3m,边坡为1:
1,糙率n=0.014,底坡i=0.001。
如流动在紊流粗糙区,求通过的流量Q。
(9分)
计算渠道断面水力要素,
过流断面面积
m2(1.5分)
湿周
m(1.5分)
水力半径
m(1分)
舍齐系数
(2分)
通过的流量Q=AC(Ri)0.5=144.93m3/s(3分)
(4)某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。
已知渠宽B=18m,流量Q=265m3/s,坝下收缩断面处水深hc=1.1m,当坝下游水深ht=4.7m时,问:
(12分)
1)坝下游是否发生水跃?
(4分)
2)如发生水跃,属于何种形式的水跃?
3)是否需要修建消能工?
若需要修建消能工,估算消力池深。
解:
1)计算临界水深hk,判断收缩断面和下游水流流态,
q=Q/B=265/18=14.72m3/sm
m
因为收缩断面水深hc=1.1mhk为急流,下游水深ht=4.7mhk为缓流,
所以溢流坝下游必定发生水跃。
2)计算收缩断面处水深hc的共軛水深hc"
hc"
=
=5.81m
因为hc"
ht,该水跃为远驱水跃。
3)溢流坝下游发生远驱水跃,需要修建消力池。
估算消力池深d,取水跃淹没系数j=1.05
则池深约为d=jhc"
-ht=1.055.81–4.7=1.40m
1、解:
上面的盖为
盖,对于
盖,其压力体体积
为
(方向↑)
左面水平的盖为
盖,对于
盖,静水压力可分解成水平及铅重两个分力,其中
水平方向分力
(方向←)铅重方向分力
(方向↓)
2、解:
列自由液面1-1和2-2断面的伯诺利方程:
v=v2
得:
v=1.49m/sQ=v
答:
流量为
所以管内气体为紊流流动。
2、解:
如图所示,由连续性方程得:
/s
以轴线为基准面,列1-2断面的伯努利方程
则:
/
设喷嘴对水流的作用力为F,沿水流方向列动量方程,并取
3、①检查流动是否无旋:
两者相等,故为无旋流动
②求速度势函数:
4、根据流线方程定义得流线方程:
当t=1时,
化简得:
xdy+ydx+dy-dx=0
积分:
xy+y-x+c=0
流线通过(1,1)点:
即1×
1+1-1+c=0得:
c=-1
将c=-1带入上式,得xy+y-x-1=0
(x+1)(y-1)=0
5、根据相似原理可得,实验模型风口直径为:
原型雷诺数为:
Ren=6.0×