工程流体力学试题及答案1.docx

1、工程流体力学试题及答案1一选择题部分(1在水力学中,单位质量力是指(答案:c a、单位面积液体受到的质量力;b、单位体积液体受到的质量力;c、单位质量液体受到的质量力;d、单位重量液体受到的质量力。(2在平衡液体中,质量力与等压面(答案:da、重合;b、平行c、相交;d、正交。(3液体中某点的绝对压强为100kN/m2,则该点的相对压强为a、1 kN/m2b、2 kN/m2c、5 kN/m2d、10 kN/m2答案:b(4水力学中的一维流动是指(答案:d a、恒定流动;b、均匀流动;c、层流运动;d、运动要素只与一个坐标有关的流动。(5有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=(答案:ba

2、、8;b、4;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:ca、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:ca、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m(8在明渠中不可以发生的流动是(答案:c 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

3、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:ba、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:ba、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L=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:da、1米,Q =1

4、000;b、10米,Q =100;c、1米,Q =100000;d、10米,Q=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。(答案:错误(3水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。(答案:错误(4粘滞性是液体产生水头损失的内因。(答案:正确(5同样条件下直接水击比间接水击更不安全。(答案:正确(6在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。(答案:错误(7矩形断面水力最佳断面的宽深比=2。(答案:正确(8断面比能沿流程总是减小的。(答案:错误(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

5、越大。(答案:错误(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。( 答案: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hh k,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

6、阀门关闭的时间T s T r的水击称为间接水击。(9a2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h c的共轭水深h c h t (h t 为下游河道的水深,填写符号答案: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L =25,当模型中某点的流速为v m = o.8m/s ,则原型中对应点的流速为v p =4m/s m/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?答案:理想液

7、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?答案: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的变化规律。答案:通过尼古拉兹实验可以发现:在层流中仅是雷诺数Re 的函数并与Re 成

8、反比;在层流到紊流过渡区,仅是Re 的函数;在紊流光滑区=f 1(Re ; 过渡区=f 2(Re , ;粗糙区=f 3( ,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? 答案: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?答案: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。答案: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

9、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?答案: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?答案: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RR i R Cv = 解: 。水力摩擦系数=0.024,上下游水位差H=3m。

10、求通过的流量Q ? (10分 解: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gv R l h H w 24(2+= (5分 计算方形管道断面的水力半径和局部水头损失系数9.10.15.022.02.0=+=, m A R 将参数代入上式计算,可以求解得到/s m , m/s 3662.216.4=vA Q v (5分即倒虹吸管内通过的流量为2.662m 3/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 =5.5 m 。由水箱至喷嘴的水头损失h w = 0.5m 。用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强p

11、 = 4.9N /cm 2。如用手握住喷嘴,需要多大的水平力R ,行近流速v 0=0,取动能校正系数和动量校正系数均为1。 (15分 解: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H v g+=+000020522. (5分 求得喷嘴出口流速和流量为 v g 22599=.m ss m 3000314.022=A v Q (1.5分 橡胶管道内的流速为 s m 706.033=A Q v (1分 对于喷嘴建立x(3233x x v v Q R A p -=-79.187(3233=-=v v Q A p R N (6.5分水流对喷嘴冲击力为 R = - R

12、即为手握喷嘴所需之力。 （3） 有一梯形渠道， 底宽 底坡 i=0.001。如流动在紊流粗糙区 ，求通过的流量 Q。 解：计算渠道断面水力要素， 过流断面面积 湿周 水力半径 舍齐系数 通过的流量 A = bh + mh 2 2 (1 分 (9 分 b =10 m， 水深 h = 3 m， 边坡为 1:1， 糙率 n = 0.014， = 39 m 2 m (1.5 分 (1.5 分 x = b + 2 1 + m h = 18 . 49 R = A x = 2 . 11 1 m 1 2 (1 分 /s C = 1 n R 6 = 80 . 90 m (2 分 (3 分 Q = AC (R i

13、0.5 = 144.93 m3/s （4）某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。已知渠宽 B18m，流量 Q265m3/s，坝 下收缩断面处水深 hc=1.1m，当坝下游水深 ht=4.7m 时，问： 1）坝下游是否发生水跃？ 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 =14.72 m3/sm hk = ( 12 分 （4 分） （4 分） （4 分） aq 3 2 = 3 14 . 72 9 .8 2 = 2 . 81 g m 因为收缩断面水深 hc =1.1 m hk 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 2 ( 1 + 8 gh 3 - 1 c 1 .1 ( 1+ 8 14 . 72 2 3 hc q 2 2 因为 9 .8 1 .1 - 1 5.81m 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 sj 1.05 则池深约为 d = sj hc- ht =1.0535.81 4.7 = 1.40 m 6