2015巖土工程師考試流體力學(xué)模擬題三

1、2015巖土工程師考試流體力學(xué)模擬題三一選擇題部分(1)在水力學(xué)中，單位質(zhì)量力是指(答案：c )a、單位面積液體受到的質(zhì)量力；b、單位體積液體受到的質(zhì)量力；c、單位質(zhì)量液體受到的質(zhì)量力；d、單位重量液體受到的質(zhì)量力。(2)在平衡液體中，質(zhì)量力與等壓面( 答案：d )a、重合；b、平行 c、相交；d、正交。(3)液體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為 100kN/m2,則該點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為a 1 kN/m2 b、2 kN/m2c、5 kN/m2d、10 kN/m2答案：b(4)水力學(xué)中的一維流動(dòng)是指(答案：d )a、恒定流動(dòng)；b、均勻流動(dòng)；c、層流運(yùn)動(dòng)；d、運(yùn)動(dòng)要素只與一個(gè)坐標(biāo)有關(guān)的流動(dòng)。(5)有壓管道的管徑 d

2、與管流水力半徑的比值 d /R=(答案：b )a、8;b、4;c、2;d、1。(6)已知液體流動(dòng)的沿程水力摩擦系數(shù)與邊壁相對(duì)粗糙度和雷諾數(shù) Re都有關(guān)，即可以判斷該液體流動(dòng)屬于答案：ca、層流區(qū)；b、紊流光滑區(qū)；c、紊流過渡粗糙區(qū)；d、紊流粗糙區(qū)(7)突然完全關(guān)閉管道末端的閥門，產(chǎn)生直接水擊。已知水擊波速c=1000m/s,水擊壓強(qiáng)水頭H = 250m,則管道中原來的流速V0為答案：ca、1.54m b、2.0m c、2.45m d、3.22m(8)在明渠中不可以發(fā)生的流動(dòng)是(答案：c )a、恒定均勻流；b、恒定非均勻流；c、非恒定均勻流；d、非恒定非均勻流。(9)在緩坡明渠中不可以發(fā)生的流動(dòng)

3、是( 答案：b )。a、均勻緩流；b、均勻急流；c、非均勻緩流；d、非均勻急流。(10)底寬b=1.5m的矩形明渠，通過的流量 Q =1.5m3/s,已知渠中某處水深 h = 0.4m,則 該處水流的流態(tài)為答案：ba、緩流；b、急流；c、臨界流；(11)閘孔出流的流量Q與閘前水頭的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)滲流研究的對(duì)象是( 答案：a )的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。a、重力水；b、毛細(xì)水；c、氣態(tài)水；d、薄膜水。(13)測(cè)量水槽中某點(diǎn)水流流速的儀器有答案：ba、文丘里計(jì)b、畢托管c、測(cè)壓管d、薄壁堰(14)按重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)的水力學(xué)模型， 長(zhǎng)度比尺入

4、l=100,模型中水深為0.1 米，則原型中對(duì)應(yīng)點(diǎn)水深為和流量比尺為答案：da 1 米，入 q =1000;b、10米，入 q =100;c、1 米，入 Q =100000;d、10 米，X Q =100000o2、判斷題：(每小題2分)(1)任意受壓面上的平均壓強(qiáng)等于該受壓面形心處的壓強(qiáng)。(錯(cuò)誤 )答案：(2 )水流總是從壓強(qiáng)大的地方向壓強(qiáng)小的地方流動(dòng)。( )答案：錯(cuò)誤(3)水力粗糙管道是表示管道的邊壁比較粗糙。( )答案：錯(cuò)誤(4 ) 粘滯性是液體產(chǎn)生水頭損失的內(nèi)因。( )答案：正確(5)同樣條件下直接水擊比間接水擊更不安全。( )答案：正確(6) 在正坡非棱柱渠道內(nèi)可以形成均勻流。( )

5、答案：錯(cuò)誤(7 ) 矩形斷面水力最佳斷面的寬深比B =2。( )答案：正確(8 ) 斷面比能沿流程總是減小的。( )答案：錯(cuò)誤(9)在流量和渠道斷面形式一定的條件下，躍前水深越大，躍后水深也越大 。答案：錯(cuò)誤(10)滲流達(dá)西定律適用的條件是恒定均勻?qū)恿鳚B流，并且無滲透變形()答案：正確3、填空題：(每小題24分)(1)牛頓內(nèi)摩擦定律適用的條件是 層流運(yùn)動(dòng) 和牛頓液 體。(2)液體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為100kN/m2 ,則該點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為2kN/m2,真空度為不存在 o(3)只受重力作用，靜止液體中的等壓面是水平面0(4)實(shí)際液體在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生水頭損失的兩個(gè)主要原因是答案：液體存在粘滯性和邊界的影響

6、 。(5)水流在明渠中的流態(tài)為緩流時(shí)，其水深 hhk,弗汝德數(shù)Fr1。(6)在流量不變的條件下，水躍的躍前水深越小，則水躍的躍后水深越大0(7)根據(jù)管道水頭損失計(jì)算方法的不同，管道可以分為短管 和長(zhǎng)管。(8)在水擊計(jì)算中閥門關(guān)閉的時(shí)間 Ts水擊相長(zhǎng)Tr的水擊，稱為直接水擊，把TsTr的水擊稱為間接水擊。(9)a2型水面曲線是發(fā)生在 陡坡 坡上的緩流流(指急流或緩流)的水面線，這時(shí)弗汝德數(shù) Fr沿程 減小(指增大、減小或不變)(10)溢流堰的過堰流量與堰頂水頭的3/2次方成正比。(11)泄水建筑物下游發(fā)生遠(yuǎn)驅(qū)水躍時(shí)，下游收縮斷面水深 hc的共腕水深hcht(ht為下游河道的水深，填與 、符號(hào))答

7、案：填寫、符號(hào)(12)按重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)的溢流壩水力模型，長(zhǎng)度比尺入l=25,當(dāng)模型中某點(diǎn)的流速為v m= o.8m/s,則原型中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的流速為 vp= 4m/s m/s。4、問答題：(每小題34分)(1)什么是理想液體？為什么要引入理想液體的概念？答案：理想液體是指沒有粘滯性的液體。實(shí)際液體都具有粘滯性，在液體流動(dòng)時(shí)會(huì)引起能量損失，給分析液體運(yùn)動(dòng)帶 來很大困難。為了簡(jiǎn)化液體運(yùn)動(dòng)的討論，我們引入了理想液體的概念，忽略液體 的粘滯性，分析其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然后再考慮粘滯性影響進(jìn)行修正， 可以得到實(shí)際水 流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，用以解決實(shí)際工程問題。這是水力學(xué)重要的研究方法。(2) “均勻流一定是恒定流”，這種說

8、法是否正確？為什么？答案：這種說法錯(cuò)誤的。均勻是相對(duì)于空間分布而言，恒定是相對(duì)于時(shí)間而 言。當(dāng)流量不變通過一變直徑管道時(shí)，雖然是恒定流，但它不是均勻流。(3)簡(jiǎn)述尼古拉茲實(shí)驗(yàn)中沿程水力摩擦系數(shù)入的變化規(guī)律。答案：通過尼古拉茲實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)：在層流中人僅是雷諾數(shù) Re的函數(shù)并與 Re成反比；在層流到紊流過渡區(qū)，入僅是Re的函數(shù)；在紊流光滑區(qū)入=fi (Re); 過渡區(qū)人=f2 (Re,)；粗糙區(qū)入=f3 (),紊流粗糙區(qū)又稱為阻力平方區(qū)。RR(4)為什么舍齊公式v Cv'r1只適用于阻力平方區(qū)？答案：舍齊公式是根據(jù)明渠均勻流的大量觀察資料總結(jié)的公式，自然界中明 渠水流幾乎都處于紊流阻力平方

9、區(qū)，因此該公式只適用于紊流阻力平方區(qū)。(5)流動(dòng)相似的含義是什么？答案：流動(dòng)相似包括幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似。其中幾何相似是前提， 動(dòng)力相似是保證，才能實(shí)現(xiàn)流動(dòng)相似。(6)從力學(xué)意義上解釋明渠均勻流只能在正坡渠道中產(chǎn)生的原因。答案：均勻流的斷面平均流速水頭和壓強(qiáng)水頭沿程不變，但水流運(yùn)動(dòng)總要消 耗能量，因此從能量方程來分析，只能消耗位能來克服水流阻力。 所以均勻流只 能產(chǎn)生在正坡渠道中。(7)分析水面曲線時(shí)，如何尋找急流和緩流的控制斷面？答案：急流的控制斷面在上游，因?yàn)橥饨鐚?duì)急流的干擾不能向上游傳播；緩 流的控制斷面在下游，其原因與急流正好相反。(8)在滲流計(jì)算中達(dá)西定律與杜比公式有何區(qū)別？

10、答案：達(dá)西定律適用于任一點(diǎn)的滲流流速 u=kJ,其適用于恒定均勻?qū)恿鳚B流； 而杜比公式是適用于恒定非均勻漸變層流滲流， 同一過水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的滲流流速 都相等且等于v= kJ。5、作圖題:(1)定性繪出圖示管道(短管)的總水頭線和測(cè)壓管水頭線。(5分)V0=0渠（2）定性繪出圖示棱柱形明渠內(nèi)的水面曲線，并注明曲線名稱及流態(tài)。 相（各同 ）（5分）6、計(jì)算題:（1）圖跨河倒虹吸管，正方形斷面面積為A=0.64 m2,長(zhǎng)l =50 m,（2=05兩個(gè)300折角、進(jìn)口和出口的局部水頭損失系數(shù)分別為11=0.2,（3=1.0,沿程水力摩擦系數(shù)入=0.024,上下游水位差 H=3m。求通過的流量Q ?（

11、10分）“'在：府加21T萬7”H（5分）解：按短管計(jì)算，取下游水面為基準(zhǔn)面，對(duì)上下游渠道內(nèi)的 計(jì)算斷面建立能量方程H hw （ 4R計(jì)算方形管道斷面的水力半徑和局部水頭損失系數(shù)0.2 2 0.51.01.9將參數(shù)代入上式計(jì)算，可以求解得到（5分）3v 4.16m/s , Q vA 2.662m3/s即倒虹吸管內(nèi)通過的流量為2.662m3/s 。（2）從水箱接一橡膠管道及噴嘴（如圖）。橡膠管直徑D=7.5cm,噴嘴出口 直徑d=2.0cm。水頭H =5.5 m。由水箱至噴嘴的水頭損失 hw = 0.5m。用壓力表測(cè)得橡膠管與噴嘴接頭處的壓強(qiáng) p = 4.9Ncm2。如用手握住噴嘴，需要

12、多大的水平力R ,行近流速V0=0 ,取動(dòng)能校正系數(shù)和動(dòng)量校正系數(shù)均為1。（15 分）解：以過噴嘴中心的水平面為基準(zhǔn)面，列水箱漸變流斷面 1 1和噴嘴出口斷面22的能量方程2H 0 0 0 0 目 0.5（5 分）2g求得噴嘴出口流速和流量為v2 V,2 g 5 9.9 msQ v2A2 0.000314m，（1.5 分）橡膠管道內(nèi)的流速為v3 0.706 m（1 分）A3sF： -n-對(duì)于噴嘴建立x方向的動(dòng)量方程fp3 A3 RQ（v2x v3x）R p3 A3Q（v2 v3） 187.79N（6.5 分）水流對(duì)噴嘴沖擊力為 R R即為手握噴嘴所需之力。（1分）（3）有一梯形渠道，底寬 b

13、=10 m,水深h = 3 m,邊坡為1:1,糙率n =0.014,底坡i=0.001。如流動(dòng)在紊流粗糙區(qū)，求通過的流量Q。（9分）解：計(jì)算渠道斷面水力要素，過流斷面面積A bh mh239 m2（1.5分）濕周x b 2<i m2h 18.49 m（1.5 分）水力半徑R A 2.11 m（1分）x 111舍齊系數(shù)C 1R 6 80.90m 2 /s（2 分）n通過的流量Q = AC （Ri）0.5= 144.93 m3/s（3 分）（4）某矩形斷面渠道中筑有一溢流壩。已知渠寬 B=18m,流量Q = 265m3/s,壩下收縮斷面處水深hc=1.1m,當(dāng)壩下游水深ht=4.7m時(shí)，問:

14、（12 分）1）壩下游是否發(fā)生水躍？2）如發(fā)生水躍，屬于何種形式的水躍？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）計(jì)算臨界水深hk,判斷收縮斷面和下游水流流態(tài)，q = Q/B =265/18 =14.72 m3/sm_214.7222.81 m9.8因?yàn)槭湛s斷面水深hc =1.1 mhk為急流，下游水深ht=4.7m所以溢流壩下游必定發(fā)生水躍。（4分）（4分）（4分）hk為緩流,2）計(jì)算收縮斷面處水深hc的共聊水深hc"hc1（ * 1 8ghc31）1.1二2因?yàn)閔cht ,該水躍為遠(yuǎn)驅(qū)水躍。3）溢流壩下游發(fā)生遠(yuǎn)驅(qū)水躍，需要修建消力池。j =1.055.81

15、- 4.7 = 1.40 m估算消力池深d,取水躍淹沒系數(shù)則池深約為 d = jhc"-ht =1.05、判斷題（對(duì)的打“ 丁,錯(cuò)的打“ 乂每題2分，共20分）1 .液體的粘度隨溫度的升高而降低，隨壓力的升高而增大。2 .平衡流體中任意點(diǎn)的 靜壓強(qiáng)值只能由該點(diǎn)的 坐標(biāo)位置來決定，而與該壓強(qiáng)的 作用方向無關(guān)。即作用于同一點(diǎn)上各方向的靜壓強(qiáng)大小相等。3 .若平衡流體在X、V、Z方向的單位質(zhì)量力分別為X =5、Y =4、 Z =3,則等壓面方程為 5x 4 y 3z 0。4 .流線和跡線實(shí)質(zhì)是一回事。25 .理想流體在有勢(shì)質(zhì)量力的作用下作定常流動(dòng)時(shí)，函數(shù) ” 上巴）的值在任一點(diǎn)上保持2不變

16、。6 .同一水頭作用下，出流直徑相同的管嘴與孔口，管嘴出流量大于孔口出流量。7 .實(shí)際流體流經(jīng)水力半徑小的過水?dāng)嗝鏁r(shí)，流動(dòng)阻力小。8 .實(shí)際流體圓管層流的切應(yīng)力分布是中間最大、管壁邊緣為零的線性分布。9 .尼古拉茨實(shí)驗(yàn)的水力粗糙管區(qū)阻力系數(shù)與雷諾數(shù)Re有關(guān)。10 .串聯(lián)管路的總水頭等于各管段水頭損失之和。.、選擇題（10分）2p v1 .伯努利方程中 z -表示2gA.單位重量流體具有的機(jī)械能；B.單位質(zhì)量流體具有的機(jī)械能；C.單位體積流體具有的機(jī)械能；D.通過過流斷面的流體所具有的總機(jī)械能。2 .動(dòng)量方程A.僅適用于理想流體的流動(dòng)C.理想流體與粘性流體的流動(dòng)均適用3.流體在管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)，

17、其沿程損失 比。B.僅適用于粘性流體的流動(dòng)D.僅適用于紊流hf值與斷面平均流速 v的次方成正A. 1B, 1.75 C. 1.75-2D , 24 .相對(duì)壓強(qiáng)的起量點(diǎn)是A.絕對(duì)真空； B. 1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；C.液面壓強(qiáng)。D.當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng);5 .工程上計(jì)算流體在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由紊流變?yōu)閷恿鞑捎玫呐R界雷諾數(shù)取為A. 13800 B, 2320C. 2000 D. 1000三、繪圖題（繪出AB曲面上的壓力體，8分）四、計(jì)算題（12分）如右圖，直徑為d150mm的圓柱，固定不動(dòng)。內(nèi)徑為d 151.24mm的圓筒，同心地套在圓柱之外。二者的長(zhǎng)度均為l 250mm 。柱面與筒內(nèi)壁之間的空隙充以甘油，轉(zhuǎn)動(dòng)外筒，轉(zhuǎn)速為n=100r/min,測(cè)得轉(zhuǎn)矩為T 9.091N m。求甘油的動(dòng)力粘性系數(shù) 。五、計(jì)算題（20分）如右