流體力學形成性考核冊1-10

★流體力學★PAGEPAGE32流體力學網(wǎng)絡核心課程形成性考核學校名稱:學生姓名:學生學號:班級:國家開放大學編制

本課程的考核分為形成性考核和終結性考試?？偝煽?各章自測之和*30%+終結性考試*70%。具體分值分配詳見下表。形成性考核分數(shù)統(tǒng)計表形考作業(yè)1形考作業(yè)2形考作業(yè)3形考作業(yè)4形考作業(yè)5形考作業(yè)6形考作業(yè)7形考作業(yè)8形考作業(yè)9形考作業(yè)10總計得分

姓名：_____________姓名：_____________學號：_____________得分：_____________教師簽名：_____________形考作業(yè)1（本次任務覆蓋課程第一章的內容，包括：選擇題6道，每小題0.3分，共計1.8分；判斷題4道，每小題0.3分，共計1.2分；簡答題5道，每小題0.8分，共計4分；計算題2道，每小題1.5分，共計3分，滿分為10分。）一、選擇題（共1.8分，每題0.3分）1．牛頓內摩擦定律適用于（B）A．任何流體B．牛頓流體C．非牛頓流體2．液體不具有的性質是（C）A．易流動性B．壓縮性C．抗拉性D．粘滯性3．連續(xù)介質假定認為流體（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基本量綱不包括（D）A．時間B．質量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（共1.2分，每題0.3分）（√）1．壓強和切應力屬表面力。（×）2．流體慣性力與加速度方向相同。（√）3．粘滯性可以制止流體流動。（√）4．理想流體與實際流體的區(qū)別僅在于理想流體具有不可壓縮性。三、簡答題（共4分，每題0.8分）1．為什么要建立連續(xù)介質模型？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，關心的是流體宏觀的物理性質。把流體看成為由質點組成的連續(xù)體——連續(xù)介質模型，目的是建立描述流體運動的連續(xù)函數(shù)，便于應用數(shù)學工具，解決工程實際問題。2．什么是流體的粘滯性？它對流體流動起什么作用？答：流體具有的阻滯變形運動的特性——流體的粘滯性，它對流體流動產生阻力，造成能量損失。3．動力粘滯系數(shù)和運動粘滯系數(shù)有什么區(qū)別？答：兩者都反映流體的粘滯性μ為動力量，ν為運動量，μ=ρν，量綱不同。4．容器內盛有液體，求下述不同情況時該液體所受單位質量力？（1）容器靜止時；（2）容器以等加速度g垂直向上運動；（3）容器以等加速度g垂直向下運動。(1)

容器靜止時；

液體所受單位質量力僅有重力。（2)容器以等加速度g垂直向上運動：液體所受單位質量力為2g。（3)容器以等加速度g垂直向下運動。液體所受單位質量力為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力（正壓力），質量力為重力g。（2）：水體A受哪些表面力為壓應力和切應力，質量力為重力g（均勻流）。（3）：水體A受哪些表面力為壓應力和切應力，質量力為重力g和慣性力。四、計算題（共3分，每題1.5分）1．已知某水流流速分布為，u的單位為m/s，y為距壁面的距離，單位為m。（1）求y=0.1、0.5、1.0m處的流速梯度；（2）若水的運動粘滯系數(shù)，計算相應的切應力。解：（1）：①求出點流速,②設y的增量dy=0.01m③y=y+dy處的點流速，④求出求解流速梯

du/dy=

0.5477

,0.1332

,0.07169

(2)t=μ(du/dy)=5.53Pa

;1.345Pa;

0.724Pa。2．已知溫度20℃時水的密度，動力粘滯系數(shù)，求其運動粘滯系數(shù)？解：直接用公式解v=1.0038*10–3m2/s姓名：_____________學號：_____________姓名：_____________學號：_____________得分：_____________教師簽名：_____________（本次任務覆蓋課程第二章的內容，包括：選擇題5道，1~4每題0.2分，第5題0.3分，共計1.1分；判斷題7道，每小題0.2分，共計1.4分；簡答題3道，每小題0.5分，共計1.5分；計算題6道，每小題1分，共計6分，滿分為10分。）一、選擇題（共1.1分，1～4題，每題0.2分，第5題0.3分）1．（多選題）某點存在真空時（AD）A．該點的絕對壓強為正值B．該點的相對壓強為正值C．該點的絕對壓強為負值D．該點的相對壓強為負值2．流體靜壓強的（C）A．方向與受壓面有關B．大小與受壓面積有關C．大小與受壓面積方位無關3．流體流體平衡微分方程的全微分式為（A）A．dp=p(Xdx+Ydy+Zdz)B．p=p(x，y，z)C．4．壓強單位為N/m2時，采用了哪種表示法（A）A．應力單位B．大氣壓倍數(shù)C．液柱高度5．密封容器內液面壓強小于大氣壓強，其任一點的測壓管液面（B）A．高于容器內液面B．低于容器內液面C．等于容器內液面二、判斷題（共1.4分，每題0.2分）（√）1．等壓面與質量力垂直。（×）2．某點存在真空，是指該點的壓強小于大氣壓強。（×）3．靜止流體中某點壓強的大小，不僅與其淹沒深度有關還與受壓面的方位有關。（√）4．相對壓強的數(shù)值可為正值，也可以是負值。（×）5．靜止液面下的閘板的總壓力作用中心與閘板形心重合。（√）6．和大氣相通容器的測壓管液面一定與容器內液面高度相同。（×）7．相對靜止的液體的等壓面一定是水平面。三、簡答題（共1.4分，每題0.2分）1．等壓面是水平面的條件是什么？答：①連續(xù)介質

②

同一介質

③

單一重力作用下2．同一容器中裝兩種液體，且，在容器側壁裝了兩根測壓管。試問：圖中所標明的測壓管中液面位置對嗎？為什么？答：不對，（右測壓管液面要低一些，從點壓強的大小分析）。3．圖中三種不同情況，試問：A-A、B-B、C-C、D-D中哪個是等壓面？哪個不是等壓面？為什么？答：（

a）A-A是

（b）B-B不是

（c）C-C不是，D-D是。四、計算題（共6分，每題1分）1．已知某點絕對壓強為80kN/m2，當?shù)卮髿鈮簭妏a=98kN/m2。試將該點絕對壓強、相對壓強和真空壓強用水柱及水銀柱表示。解：

用水柱高表示（1）該點絕對壓強：8.16mH2o

（2）該點相對壓強：-1.84mH2o（3）該點真空壓強：1.84mH2o

用水銀柱高表示（1）該點絕對壓強：599.1mmHg

（2）該點相對壓強：-135.4mmHg

（3）該點真空壓強：135.4mmHg一封閉水箱自由表面上氣體壓強p0=25kN/m2，h1=5m，h2＝2m。求A、B兩點的靜水壓強。解：由壓強基本公式求解

p=p0+ρgh

PA=7.551mH?o

(74

kN/m2)

PB=4.551mH?o

(44.6

kN/m2)

3．如圖所示為一復式水銀測壓計，已知，，，，(改為3.5m)。試求水箱液面上的絕對壓強＝？(ρH=13.6×103kg/m3,ρ=1×103kg/m3)解：①找已知點壓強(復式水銀測壓計管右上端)②找出等壓面

③計算點壓強,逐步推求水箱液面上的壓強P0

。P0：=273.04

kN/m24．某壓差計如圖所示，已知HA=HB=1m，ΔH=0.5m。求：。解：①找出等壓面②求出相對的點壓強③列平衡方程式求AB點的壓強差。④空氣的ρg不計。PA-PB=47

kN/m2

(4.8mH?o)5．水閘兩側都受水的作用，左側水深3m、右側水深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位置（用圖解法和解析法分別求解）。解：①畫出相對壓強分布圖，②計算各側靜水壓力，③求靜水總壓力的大小

④列力矩平衡方程求靜水總壓力的作用點位置。

P=24.5KN

1.267m(作用點到底部的距離)6．一溢流壩上的弧形閘門。已知：R＝10m，閘門寬b=8m，。求作用在該弧形閘門上的靜水總壓力的大小和方向。解：①畫出壓力體圖，②計算水平方向分力、鉛垂方向分力，③求出合力及作用力的方向

P=92.59kN

α=25.04°姓名：_____________學號：_____________姓名：_____________學號：_____________得分：_____________教師簽名：_____________（本次任務覆蓋課程第三章的內容，包括：選擇題2道，每小題0.2分，共計0.4分；判斷題5道，每小題0.2分，共計1分；簡答題5道，1~4每題0.5分，第5題0.6分，共計2.6分；計算題6道，每小題1分，共計6分，滿分為10分。）一、選擇題（共0.4分，每題0.2分）1．流體運動的連續(xù)性方程是根據(jù)（A）原理導出的。A．動量守恒B．質量守恒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（共0.4分，每題0.2分）（√）1．以每個流體質點運動規(guī)律為研究對象的方法稱為拉格朗日法。（×）2．恒定流一定是均勻流。（√）3．渦流是指流體質點在運動中不繞自身軸旋轉的流動。（√）4．無旋流就是無渦流。（×）5．非均勻流一定是非恒定流。三、簡答題（共2.6分，1~4每題0.5分空0.2分）1．述流體運動的兩種方法是什么？簡述其內容。答：拉格朗日法是以研究個別流體質點的運動為基礎，通過對每個流體質點運動規(guī)律時研究，獲得整個流場流體運動規(guī)律。

而歐拉法是以在空間設點，研究不同流體質點通過固定空間點運動，掌握整個流場流體運動規(guī)律。2．流體微團體運動分為哪幾種形式？答：①平移②線變形③角變形④旋轉變形。3．寫出恒定平面勢流中流函數(shù)具有的性質，流函數(shù)與流速勢的關系。答：流函數(shù)具有的性質

1.流函數(shù)相等的點組成的線即流線，或同一流線上個點的流函數(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)為一個調和函數(shù)。流函數(shù)與流速勢的關系

①流函數(shù)與勢函數(shù)為調和函數(shù)。②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。過流斷面上點流速的平均值為斷面平均流速。引入斷面平均流速的\o"概念"概念是為了在工程應用中簡化計算。

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）當閥門開度一定，上游水位隨時間下降，這時管中是恒定流還是非恒定流？（3）恒定流情況下，當判別第II段管中是漸變流還是急變流時，與該段管長有無關系？答：（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。管段相當長為漸變流，管段較短為急變流

四、計算題（共6分，每題1分）1．恒定二維流動的速度場為，其中秒-1。（1）論證流線方程為；（2）繪出C＝0、1及4m2的流線；（3）求出質點加速度的表達式。解：1）流線方程為：dx/ux=dy/uy3)αx=?ux/?t+ux*?ux/?x+uy*?uy/?y代入數(shù)值解αy=?uy/?t+ux*?uy/?y+uy*?uy/?y代入數(shù)值解αx=a2x

αy=a2y

2．試檢驗下述不可壓縮流體的運動是否存在？（1）（2）解：

由連續(xù)性微分方程，ux*?x+uy*?y+uz*?z=0

流體的運動存在，反之流體的運動不存在。

代入數(shù)值求解，

流體的運動不存在。

（2）代入數(shù)值求解，流體的運動存在。3．水流從水箱經(jīng)管徑分別為的管道流出，出口流速，如圖所示。求流量及其它管道的斷面平均流速。解：應用連續(xù)性方程

（1）流量：Q=ν?A?=4.91*10^(﹣3)

(2)

斷面平均流速ν?/0.625m/s，v?=25.02

m/s。4．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，Q及v2是否會發(fā)生變化？解：應用連續(xù)性方程（1）Q=3.14

l/s（2）v?=4m/s（3）不變。（4）流量不變則流速不變。5．已知某流場的流速勢為，為常數(shù)，試求及。解：Ux=αx

Uy=αy6．對于，的平面流動，為常數(shù)。試分析判斷該流動：（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：（1）是恒定流。（2）是非均勻流。（3）用無旋流數(shù)學表達式=1/2*（?ux/?y-?uy/?x）求解，是無旋流

姓名：_____________學號：_____________姓名：_____________學號：_____________得分：_____________教師簽名：_____________形考作業(yè)4（本次任務覆蓋課程第四章的內容，包括：選擇題2道，每小題0.3分，共計0.6分；判斷題2道，每小題0.3分，共計0.6分；簡答題6道，1～4、6每題0.5分，第5題0.7分，共計3.2分；計算題7道，每小題0.8分，共計5.6分，滿分為10分。）一、選擇題（共0.6分，每題0.3分）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：（D）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二、判斷題（共0.6分，每題0.3分）（√）1．N-S方程為理想流體運動的微分方程。（√）2．畢托管是量測流體電流速的一種儀器。三、簡答題（共3.2分，1～4、6每題0.5分，第5題0.7分）1．說明總流能量方程中各項的物理意義。它的物理意義是：水流只能從總機械能大的地方流向總機械能小的地方。各項物理意義如下：?z總流過水斷面上單位重量液體所具有的位能，簡稱為單位位能；?

p/ν總流過水斷面上單位重量液體所具有的壓能，簡稱為單位壓能；?

z+p/ν─總流過水斷面上單位重量液體所具有的平均勢能，簡稱為單位勢能；?

αv2/2g總流過水斷面上單位重量液體所具有的平均動能；?2．寫出實際流體恒定元流的伯努利方程和實際流體恒定總流的伯努利方程，并指出他們的區(qū)別？答：實際流體由于存在粘性，在流動時要克服摩擦力，從而引起能量損失。故流體總能量或總能量頭將沿流動方向逐漸減小3．應用恒定總統(tǒng)能量方程時，為什么把過流斷面選在漸變流段或均勻流段？答：因為建立恒定總流的\o"伯努利方程"伯努利方程時，把(z+p/ρg)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z+p/ρg=c

。4．在寫總流能量方程時，過流斷面上的代表點、基準面是否可以任意選??？為什么？答：可以。因為漸變流斷面或均勻流斷面的

z+p/ρg=c5．關于水流流向問題有如下一些說法：“水一定由高處向低處流”；“水是從壓強大向壓強小的地方流”；“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。

“水是從壓強大向壓強小的地方流”（不對），在有壓管流中常常有從壓強小向壓強大的地方流的現(xiàn)象。

（2）正確描述時，流體的運動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。6．總流的動量方程為，試問：（1）中包括哪些力？（2）如果由動量方程求得的力為負值說明什么問題？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）求得的力為負值說明原假設的力的方向不對，反向即可。四、計算題（共5.6分，每題0.8分）1．在一管路上測得過流斷面1-1的測壓管高度為1.5m，過流面積A1為0.05m2；過流斷面2-2的面積A2為0.02m2；兩斷面間水頭損失為；管中流量Q為20l/s；z1為2.5m，z2為1.6m。試求斷面2-2的測壓管高度。（提示：注意流動方向）。解:

①

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，自然要想到用能量方程。②

向未知情況下

，流動方向可以假定。③

先求出④

列能量方程求解答案：P2/ρg=-2.289mH2o

(1流向2)

;

P2/ρg=-1.473mH2o

(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A1=0.05m2，A2=0.03m3，A3=0.04m2，若水池容積很大，行近流速可以忽略（v0≈0），當不計管路的水頭損失時，試求：（1）出口流速v3及流量Q；（2）繪出管路的測壓管水頭線及總水頭線。解:

(1)因為不計管路的水頭損失,此題為理想流體的流動。①

因為是理想流體，作用水頭完全轉化為動能。②

先解出第3條管中斷面平均流速，在求流量。答案：V3=9.90m/s

q=0.396m3/s（2）繪出管路的\o"測壓管水頭"測壓管水頭線及總水頭線步驟：①

因為是理想流體，不計水頭損失，故總水頭線為水平。②

計算各段流速水頭

?？偹^線下方減去1個流速水頭得\o"測壓管水頭"測壓管水頭線。3．如圖一管路，A、B兩點的高差Δz＝1m，點A處直徑dA=0.25m，壓強pA=7.84N/cm2，點B處直徑dB=0.5m，壓強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械能考慮，總是單位重量流體總的機械能大的位址向單位重量流體總的機械能曉得的地方。（1）計算A點與B點單位重量流體總的機械能。（2）比較A點與B點單位重量流體總的機械能的大小。

答案：從A流向B。4．在水平安裝的文丘里流量計上，直接用水銀壓差計測出水管與喉部壓差Δh為20cm，已知水管直徑為10cm，喉部直徑為5cm，當不計水頭損失時，求通過流量Q。解:

可以直接用公式求解Q=K√(12.6Δh)，也可以流能量方程推導公式求解。

答案：Q=0.01425m3/s5．為將水庫中水引至堤外灌溉，安裝了一根直徑d為15cm的虹吸管（如圖），當不計水頭損失時，問通過虹吸管的流量Q為多少？在虹吸管頂部s點處的壓強為多少？解:

此題屬理想流體的水力計算，作用水頭轉化為動能。

s點處的壓強進考慮位能、動能壓能之間的轉化。

（1）列上游水面到管出口間的能量方程求流量，Q=0.1355m3/s

（2）列上游水面到s點處的能量方程求s點處的壓強，Ps/ρg=-5mH2O6．一平板閘門寬b為2m，當通過流量Q為8m3/s時閘前水深h為4m，閘孔后收縮斷面水深hC為0.5m，求作用于平板閘門上的動水總壓力（不計摩擦力）。解:

此題為用動量方程求解作用力。因為流量未知，涉及到連續(xù)性方程、能量方程、動量方程這三大方程的聯(lián)合應用。

（1）取控制面（脫離體）（上游過流斷面與C-C斷面之間）（2）畫出相對壓強分布圖，全面并分析、計算外力（上游過流斷面壓力P1，C-C斷面壓力P2

，重力沿水流方向的分力為0，設平板閘門對水的動水總壓力為R，方向向左。（3）因為流量未知先列能量方程求流速。（4）列出的能量方程由兩個未知量V1

V2，用連續(xù)性方程消掉1個未知量。求出流量、流速。（5）列動量方程求解作用力。答案：作用于平板閘門上的動水總壓力R=93.5KN

,

方向向右。7．如圖溢流壩，上游斷面水深h1=1.5m，下游斷面水深h2=0.6m，略去水頭損失；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，為方便計算取ρ=1000kg/m3，g=10m/s2。解:

此題為用動量方程求解作用力。因為流量未知，涉及到連續(xù)性方程、能量方程、動量方程這三大方程的聯(lián)合應用。

（1）取控制面（脫離體）（上游過流斷面與C-C斷面之間）（2）畫出相對壓強分布圖，全面并分析、計算外力（上游過流斷面壓力P1，C-C斷面壓力P2

，重力沿水流方向的分力為0，設平板閘門對水的動水總壓力為R，方向向左。（3）因為流量未知先列能量方程求流速。（4）列出的能量方程由兩個未知量V1

V2，用連續(xù)性方程消掉1個未知量。求出流量、流速。（5）列動量方程求解作用力。答案：作用于平板閘門上的動水總壓力R=3.46KN

,

方向向右。姓名：_____________姓名：_____________學號：_____________得分：_____________教師簽名：_____________形考作業(yè)5（本次任務覆蓋課程第五章的內容，包括：選擇題8道，每小題0.1分，共計0.8分；判斷題6道，每小題0.1分，共計0.6分；簡答題7道，1～4、6、7每題0.5分，第5題0.7分，共計3.7分；計算題7道，每小題0.7分，共計4.9分，滿分為10分。）一、選擇題（共0.8分，每題0.1分）1．管道中液體的雷諾數(shù)與（D）無關。A．溫度B．管徑C．流速D．管長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0.0114cm3/s，則此管中液體流態(tài)為（B）。A．層流B．層流向紊流過渡C．紊流3．等直徑圓管中紊流的過流斷面流速分布是（D）。A．呈拋物線分布B．呈對數(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，其過流斷面平均流速是圓管中最大流速的（C）。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（B）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）。A．d/2B．d/3C．d/4D．d/57．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）。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（共0.6分，每題0.1分）（√）1．層流的沿程水頭損失系數(shù)僅與雷諾數(shù)有關。（×）2．壁面光滑的管道一定是水力光滑管。（√）3．在過流斷面突變處一般發(fā)生局部水頭損失。（√）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。（×）5．流體內切應力方向與流體運動方向相同。（√）6．阻力平方區(qū)內阻力系數(shù)與雷諾數(shù)無關。三、簡答題（共3.7分，1～4、6、7每題0.5分，第5題0.7分）1．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2．簡述尼古拉茲實驗中沿程阻力系數(shù)λ的變化規(guī)律。答:

尼古拉茲實驗揭示了沿程阻力系數(shù)λ的變化規(guī)律,文字表述或數(shù)學公式表述.層流:λ=f(Re);水力光滑區(qū):λ=f(Re)

;過渡粗糙區(qū):λ=f(Re,K/d)粗糙區(qū)(阻力平方區(qū)):λ=f(K/d)

.3．寫出管流和明渠水流雷諾數(shù)的表達式，并說明其層流、紊流的判別標準？答:

管流:

Re=vd/v

Re<2000(層流)

Re>2000(紊流)

明渠水流:Re=vR/v

Re<500

(層流)Re>500

(紊流)4．雷諾數(shù)的物理意義？它為什么能用來判別流態(tài)？答:

雷諾數(shù)實質是反映粘性力與慣性力之比。層流時慣性力不大,而粘性力占主導,受粘性力的約束，流體質點做規(guī)則運動。紊流時慣性力占主導，受到干擾形成渦體，當粘性力約束不了渦體時，流體質點互相摻混，所以用雷諾數(shù)可以來判別流態(tài)。5．當輸水管直徑一定時，隨流量增大，雷諾數(shù)是增大還是變小？當輸水管流量一定時，隨管徑加大，雷諾數(shù)是增大還是變?。看?

當輸水管直徑一定時，隨流量增大，雷諾數(shù)增大；

當輸水管流量一定時，隨管徑加大，雷諾數(shù)變小。6．兩個不同管徑的管道，通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。7．能量損失有幾種形式？產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。一是因為流體具有粘滯性，二是因為固體邊界條件的影響。四、計算題（共4.9分，每題0.7分）1．有已輸油管，管長,管徑，已知油的密度，動力粘滯系數(shù)。當通過輸油管的流量時，判斷液流的流態(tài)，計算輸油管的沿程水頭損失。解：(1)

計算雷諾數(shù)判別流態(tài)。(2)計算沿程阻力系數(shù)λ。(3)計算沿程水頭損失hf。答案：層流

沿程水頭損失hf=25.74m(油柱)2．水管直徑，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，管流由層流轉變?yōu)槲闪鲿r，水管直徑為多大？解：

(1)查表,求運動粘滯系數(shù),計算雷諾數(shù)判別流態(tài)。

答案：層流（2）同上

答案：紊流（3）設雷諾數(shù)等于2000，求管徑。答案：d=13.06mm3．有一圓管，在管內通過的水，測得通過的流量為，在管長15m的管段上測得水頭損失為2cm，試求該圓管內徑d。

解：（1）設管中水流為層流，推導出沿程阻力系數(shù)λ表達式并代入數(shù)據(jù)；（2）將上式再代入\o"達西"達西公式hf=λl/d*v2/2g并化簡，代入數(shù)據(jù)求管徑。答案：d=14.2mm4．水管直徑，管中水流流速，水溫，試判別其流態(tài)。

解：紊流5．凝土明渠中水流為均勻流，水力坡度，明渠底寬為，水深，粗糙系數(shù)，計算明渠中通過的流量（分別用曼寧公式和巴氏公式計算）。解：此渠道為矩形渠道，①計算出水力要素：面積A，濕周x，水力半徑R，②用曼寧公式和巴氏公式計算謝齊系數(shù)C，③謝齊公式計算流速；④計算量答案：Q=2.7m3/s（用曼寧公式計算）

Q=3.03m3/s

（用巴氏公式計算）6．水箱側壁接出一根由兩段不同管徑所組成的管路。已知，，，管道的當量粗糙度，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)驗公式計算沿程阻力系數(shù)λ（3）兩管聯(lián)接處為突然放大的局部阻力系數(shù)，進口局部阻力系數(shù)ζ=0.5（4）沿程阻力系數(shù)λ選取公式有別，結果可不同。答案：H=12.93m7．某一水池，水位恒定，通過一根管徑、管長的管道，已知水池水面和管道出口高差，管道上有兩個彎頭，每個彎頭的局部阻力系數(shù)，管道進口是直角進口（）管道全長的沿程阻力系數(shù)，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：q=10.94l/s姓名：_____________學號：_____________姓名：_____________學號：_____________得分：_____________教師簽名：_____________（本次任務覆蓋課程第六章的內容，包括：選擇題4道，每小題0.2分，共計0.8分；判斷題6道，每小題0.2分，共計1.2分；簡答題3道，1、2每題0.9分，第3題0.8分，共計2.6分；計算題2道，每小題1.8分，共計5.4分，滿分為10分。）一、選擇題（共0.8分，每題0.2分）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．6.0mB．7.5mC．9mD．10m2．短管淹沒出流的計算時，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3-4倍的管徑B．作用水頭小于0.75C．作用水頭大于0.75D．管長=(3-4)d，作用水頭0.754．按短管進行水力計算的管路是（A）。A．虹吸管B．環(huán)狀管網(wǎng)C．支狀管網(wǎng)D．倒虹吸管二、判斷題（共1.2分，每題0.2分）（×）1．計算阻力損失時，短管既要考慮局部阻力損失，也要考慮沿程阻力損失，長管計算同樣也要考慮這兩項損失。（√）2．長管是指幾何長度很長的管道。（√）3．孔口淹沒出流時，孔口淹沒越深，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，在自由出流和淹沒出流條件下，流量計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，一個為自由出流，一個為淹沒出流，二者的流量是相同的。三、簡答題（共2.6分，1、2每題0.9分，第3題0.8分）1．為什么管嘴出流時，阻力增加了，泄流量反而增大？答：因為在管嘴進口收縮斷面處形成了負壓，相當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)，流速系數(shù)和流量系數(shù)的表達式。答：μ=ε對薄壁小孔口μ=0.60~0.623．外延管嘴的正常工作條件是什么？

答：管嘴長：l=(3–4)d，作用水頭

：H≤9.0mH2O四、計算題（共5.4分，每題1.8分）1．有一虹吸管，作用水頭，管長，管徑，沿程損失系數(shù)，進口設攔污柵，進口局部損失系數(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\o"短管的水力計算"短管的水力計算，可以用能量方程求解，也可直接用公式。要點有2。①

局部損失系數(shù)要考慮周全（共3個）。②

此題，管中最大真空值發(fā)生在最高處。

答案：

Q=0.0117m3/s

(p/ρg)3.369mH2O2．一水塔供水系統(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L1=100m，L2=100m，L3=100m，q1=0.10，q2=0.08，q3=0.05，管道的粗糙系數(shù)n=0.02。試確定水塔高度H。

解：此題屬\o"短管的水力計算"短管的水力計算，也可直接用公式求解。要點有3。①

長管公式要記住，應注意修正。②

管中（節(jié)點）流量要算對。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=1/nR

1/6

λ=8g/c2

s=8λ/gπ2d5

H=slq2

答案：H=15.1m3．圓形有壓涵管穿過路基，管長，管徑，上下游水位差，管路沿程阻力系數(shù)，局部阻力系數(shù)：進口，彎管，水下出口，求通過流量？解：此題屬\o"短管的水力計算"短管的水力計算，也可直接用公式求解。要點是局部損失系數(shù)要考慮周全

答案:

Q=2.9m3/s姓名：_____________學號：_____________姓名：_____________學號：_____________得分：_____________教師簽名：_____________（本次任務覆蓋課程第七章的內容，包括：選擇題6道，每小題0.2分，共計1.2分；判斷題6道，每小題0.2分，共計1.2分；簡答題5道，1、3～5每題0.5分，第2題0.6分，共計2.6分；作圖題1道，共計1分；計算題2道，每小題2分，共計4分，滿分為10分。）一、選擇題（共1.2分，每題0.2分）1．對于管道無壓流，當充滿度分別為（B）時，其流量和速度分別達到最大。A．0.5，0.5B．0.95，0.81C．0.81，081D．1.0，1.02．（多選題）對于a，b，c三種水面線，下列哪些說法是錯誤。（AC）A．所有a、c型曲線都是壅水曲線，即，水深沿程增大。B．所有b型曲線都是壅水曲線，即，水深沿程增大。C．所有a、c型曲線都是降水曲線，即，水深沿程減小。D．所有b型曲線都是降水曲線，即，水深沿程減小。3．跌水的形成條件是（B）。A．從急流過渡到急流B．從急流過渡到緩流C．從緩流過渡到急流D．從緩流過渡到緩流4．水躍的形成條件是（C）。A．從急流過渡到急流B．從急流過渡到緩流C．從緩流過渡到急流D．從緩流過渡到緩流5．兩段長直的棱柱形渠道，通過的流量相同（B）。A．粗糙系數(shù)不同（>），其他參數(shù)相同（，則B．底坡不同（），其他參數(shù)相同（，則C．底寬不同（），其他參數(shù)相同（，則D．邊坡系數(shù)不同（），其他參數(shù)相同（，則6．一梯形斷面渠道，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（D）。A．3.414，0.366B．3.5，0.30C．3.414，0.30D．3.5，0.366二、判斷題（共1.2分，每題0.2分）（×）1．緩流一定是均勻流，急流一定不是均勻流。（×）2．斷面單位能量沿程可大、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．明渠水流的測壓管水頭線不可能沿程上升。三、簡答題（共2.6分，1、3～5每題0.5分，第2題0.6分）1．簡述明渠均勻流的水力特征及其形成條件。答:

\o"明渠均勻流"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，過水斷面面積A，斷面平均流速及斷面流速分布沿程不變。\o"明渠均勻流"明渠均勻流形成條件：流量恒定。2）必須是長直棱柱形渠道，3）糙率n不變。底坡i不變。2．簡述明渠水流的三種流態(tài)及其四個判別方法及標準。答:

明渠水流分為緩流、急流、臨界流。個判別方法有：①干擾波：波速C=√ghm，v=C為臨界流，v<c為緩流，v>c為急流；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〉1急流；③臨界水深hk：h>hk

緩流，h=hk

臨界流，h<hk

急流，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)的表達式，并說明其物理意義。答:

弗勞德數(shù)Fr=v/(√ghm)，物理意義是:反映動能與勢能之比。4．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:

①過水斷面面積A，水深h，沿程改變h=f(s)，即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（共1分）1．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。五、計算題（共4分，每題2分）1．某輸水渠道，沙質土壤，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)斷面設計，通過流量Q=0.8m3/s，試確定其斷面尺寸。解:

（1）按水力最優(yōu)斷面條件計算寬深比。

（2）計算相關水力要素：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：

b=0.79mh=0.65m2．有兩段矩形斷面渠道相連，通過流量Q=2.8m3/s，底寬b=2m，混凝土襯護，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）（計算臨屆水深、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）計算（或查附錄C）求正常水深h01

h02，把h01視為躍前水深，求躍后水深h″與h02比較。答案：遠驅式水躍姓名：_____________學號：_____________姓名：_____________學號：_____________得分：_____________教師簽名：_____________（本次任務覆蓋課程第八章的內容，包括：選擇題4道，每小題0.3分，共計1.2分；判斷題4道，每小題0.4分，共計1.6分；簡答題3道，1、2每題1分，第3題1.2分，共計3.2分；計算題2道，每小題2分，共計4分，滿分為10分。）一、選擇題（共1.2分，每題0.3分）1．實用斷面堰常常設計成真空堰，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．B．C．D．4．下述堰的分類哪個正確（A）。A．/H>0.67薄壁堰B．0.67<δ/H<10.0寬頂堰C．0.67<δ/H<2.5實用斷面堰D．/H>2.5薄壁堰二、判斷題（共1.6分，每題0.4分）（√）1．只要寬頂堰下游水深超過堰頂，就為淹沒出流。（√）2．小橋過流的淹沒出流條件與寬頂堰的淹沒出流條件不同。（√）3．對于閘孔出流，當閘門開度與上游水深之比時，閘孔出流轉化為堰流。（√）4．對于薄壁堰，在堰寬b、堰高P和堰上水頭H相同的情況下，完全堰的過流能力比側收堰的過流能力大。三、簡答題（共3.2分，1、2每題1分，第3題1.2分）1．簡述堰的三種類型及其共同的水力特征。答:

堰分為三種類型:

(1)薄壁堰判別標準

δ/H<0.67

(2)實用斷面堰判別標準0.67

<δ/H<2.5

(3)寬頂堰判別標準

2.5<δ/H<10

共同的水力特征為上游水位壅高過堰時水面跌落。2．堰流基本公式中，，等系數(shù)與哪些因素有關。

答:

流量系數(shù)m與行近流速的大小、表面張力有關。

側收縮系數(shù)與堰寬與渠寬的比值（b/B）有關。3．寬頂堰淹沒出流形成的充分必要條件是什么？

答:

必要條件hs,充要條件是hs＞0.8H0。四、計算題1．一圓角進口無側收縮寬頂堰，堰高P1=2.5m，P2=2.0m，堰上水頭為0.40m，通過的流量為4m3/s，求寬頂堰的寬度。在不產生淹沒出流的情況下，下游水深最大為多少？解:（1）

通過計算（P1/H）的值，選取流量系數(shù)公式，計算流量系數(shù)。

（2）求寬頂堰的寬度：

b=5.95m

（3）不產生淹沒出流，下游水深ht<2.32m。2．有一河道，用碎石單層鋪砌加固河床，通過的流量m3/s，允許流速m/s，橋下游水深m，若，，，允許橋前壅水深度m。設計小橋孔徑。解:

（1）求橋下臨界水深h′k，判別是自由出流，還是淹沒出流。（自由出流）

（2）計算橋孔初始值:取(B=6.0m)

（3）復算求橋下臨界水深h′k，判別是自由出流，還是淹沒出流。（仍為自由出流）

（4）計算橋前壅水深度H=1.81m<H′=2.0m

（5）確定橋孔徑為6.0m。姓名：_____________學號：_____________姓名：_____________學號：_____________得分：_____________教師簽名：_____________（本次任務覆蓋課程第九章的內容，包括：選擇題4道，每小題0.4分，共計1.6分；判斷題4道，每小題0.4分，共計1.6分；簡答題2道，每題1.4分，共計2.8分；計算題2道，每小題2分，共計4分，滿分為10分。）一、選擇題（共1.6