水力学(B)课程期末复习与答疑(文本).doc

'（2012.12.19）水力学（B）课程期末复习与答疑（文本）陈丽：大家好！欢迎参加今天的教学活动！今天的主题是期末复习与答疑。课程考核方式本课程采用形成性考核和终结性考试相结合的考核方式，满分为100分，及格为60分。其中形成性考核占课程总成绩的20%；终结性考试占课程总成绩的80%。期末考试题型判断题、单项选择题、简答题、计算题1、单项选择题　　（1）静止液体中同一点各方向的压强（）a、数值相等;b、数值不等;　　c、仅水平方向数值相等;d、铅直方向数值最大。本题难度：容易。主要考核学生对静水压强特性的理解。答案：a　　（2）在平衡液体中，质量力与等压面（）a、重合；b、平行c、斜交；d、正交。本题难度：中等。主要考核学生对等压面概念的理解。答案：d　　（3）液体只受重力作用，则静止液体中的等压面是（）a、任意曲面；b、水平面c、斜平面；d、旋转抛物面。本题难度：容易。主要考核学生对等压面概念的理解。答案：b　　（4）液体中某点的绝对压强为88kN/m2，则该点的相对压强为（）　　a、10kN/m2b、-10kN/m2c、12kN/m2d、-12kN/m2本题难度：容易。主要考核学生对静水压强换算的掌握。答案：b　　（5）过水断面是指（）a、与流线平行的断面；b、与流线正交的横断面c、与流线斜交的横断面；d、与迹线正交的横断面。本题难度：容易。主要考核学生对过水断面的理解。答案：b　　（6）水力学中的一维流动是指（）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。　　答案：d　　（7）作用水头相同时，孔口的过流量要比相同直径管咀的过流量（）　　a、大;b、小；c、相同；d、无法确定。　　答案：b（8）已知液体流动的沿程水力摩擦系数与边壁粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于（）a、层流区；b、紊流光滑区；c、紊流过渡粗糙区；d、紊流粗糙区本题难度：中等。主要考核学生对沿程水力摩擦系数的理解。答案：c　　（9）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d/R=（）a、8；b、4；c、2；d、1。答案：b　　（10）层流断面流速分布规律符合 　　a、对数分布；b直线分布；c、抛物线分布；d、椭圆分布。　　答案：c　　（11）突扩前后有压管道的直径之比d1/d2=1：2，则突扩前后断面的雷诺数之比为（）　　a、2：1b、1：1c、1：2d、1：4　　答案：a　　（12）紊流粗糙区的水头损失与流速成a、一次方关系；b、二次方关系；c、1．75～2．0次方关系；d、不能确定答案：b　　（13）水泵的扬程是指（）a、水泵提水高度;　　　　　　　b、水泵提水高度+吸水管的水头损失;c、水泵提水高度+吸水管与压水管的水头损失d、以上答案都不是。　　答案：c　　（14）从力学角度看，雷诺数所表示的两种力的对比关系是　　a、惯性力与粘滞力；b、惯性力与重力；　　c、重力与粘滞力；　d、压力与粘滞力。答案：a、（15）紊流的流速分布为（）a、呈抛物线分布　b、呈线性分布c、比层流分布更均匀d、比层流分布更不均匀答案：c　　（16）长管的总水头线与测压管水头线（）　　a、相重合；b、相平行，呈直线；c、相平行，呈阶梯状。　　答案：a（17）矩形水力最佳断面的宽深比β=（）a、1；b、2；c、3；d、4答案：b　　（18）在明渠中不可以发生的流动是（）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。答案：c　　（19）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（）均匀缓流；b、均匀急流；c、非均匀缓流；d、非均匀急流。　　答案：b　　（20）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（）　　a、缓流；b、急流；c、临界流；　　答案：b（21）闸孔出流的流量与闸前水头的（）成正比。a、1次方b、2次方c、3/2次方d、1/2次方答案：d　　（22）堰流的流量与堰顶水头的成正比。 a、1/2次方；b、3/2次方c、2次方；d、1次方答案：b（23）溢流坝下泄水流收缩断面水深hc的共轭水深为hc2，下游河道水深为ht，形成远离水跃的条件是（）　　a、ht=hc2b、ht＞hc2c、ht＜hc2d、无法确定答案：c（24）渗流研究的对象是（）的运动规律。a、重力水；b、毛细水；c、气态水；d、薄膜水。答案：a　　（25）渗流的达西公式只能适用于（）a、恒定均匀层流b、恒定均匀紊流c、恒定均匀流；d、非恒定流。　　答案：a（26）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0．1m，则原型中对应点水深为（）a、0．5m；b、1m；c、5．0m；d、10m。答案：d　　（27）按重力相似准则设计模型，若几何比尺为100，则流速比尺为（）　　a、100；b、10；c、20；d、50。　　答案：b（28）测量水槽中某点水流流速的仪器有（）a、文丘里计b、毕托管c、测压管d、薄壁堰答案：b（29）量测明槽流量的仪器是（）a、文丘里计；b、电磁流量计；c、量水堰；d、孔板流量计。答案：c2、判断题　　（1）理想液体就是不可压缩液体。（）　　答案：错误　　（2）作用任意平面上静水总压力的作用点与平面的形心点重合。（）　　答案：错误　　（3）均质连续静止液体内任何一点的测压管水头等于常数。（）　　答案：正确　　（4）水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。（）　　答案：错误　　（5）渐变流过水断面上各点的测压管水头都相同。（）　　答案：正确　　（6）水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。（）　　答案：错误　　（7）紊流光滑区的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。　　答案：正确　　（8）粘滞性是液体产生水头损失的内因。（）　　答案：正确　　（9）园管中层流的雷诺数必然大于3000。　　答案：错误 　　（10）同样条件下直接水击比间接水击更不安全。（）　　答案：正确　　（11）矩形断面明渠水力最佳断面的宽深比为β=2。（）答案：正确（12）两条明渠的断面形状、尺寸、糙率和通过的流量完全相等，但底坡不同，因此它们的正常水深不等。（）答案：正确　　（13）在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。（）　　答案：错误　　（14）缓坡上可以出现非均匀流急流。（）　　答案：错误　　（15）陡坡上出现均匀流必为急流，缓坡上出现均匀流必为缓流。（）　　答案：正确　　（16）明槽水流的断面比能沿流程总是减小的。（）　　答案：错误（17）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。（）　　答案：错误　　（18）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（19）两个液流只要在相应点的速度和加速度的大小成比例，则两个液流就是运动相似的。（）　　答案：错误3、问答题　　（1）什么是理想液体？为什么要引入理想液体的概念？本题难度：中等。要求学生掌握理想液体的概念和水流运动分析方法。评分标准：写出定义，3分；原因叙述正确，3分。　　答案：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？本题难度：中等。要求学生掌握均匀流和恒定流的概念。评分标准：判断是否正确，3分；原因叙述正确，3分。　　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λ的变化规律。本题难度：较难。要求学生掌握沿程水力摩擦系数λ的变化规律以便正确运用。评分标准：λ的变化规律表达正确，4分；说明，2分。　　答案：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？本题难度：中等。要求学生能正确运用舍齐公式，了解糙率的来源。 评分标准：正确叙述舍齐公式的来源，6分。以下类似　　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）为什么工程中希望在压力管道内发生间接水击？控制压力管道内发生间接水击的措施有那些？　　答案：发生间接水击时，反射回来的减压波使阀门处的水击压强降低，防止过高的水击压强对管道的。控制压力管道内发生间接水击的措施主要有：延长阀门关闭的时间，缩短压力管道的长度，必要时设计调压井（塔）等。　　（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。些常见的容易混淆的知识点：产生明渠均匀流必须满足哪些条件？明渠均匀流具有哪些特征？恒定总流能量方程的应用条件？简述理想液体与实际液体的主要区别。什么是临界水深？如何用判别明渠水流的流态？什么是相对压强和绝对压强？总水头线与测压管水头线有何区别？缓流与急流、渐变流与急变流的概念有何区别。明渠水流的底坡可以分为哪些类型？有人说“均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？期末考试方式期末考试为半开卷考试。答题时限为90分钟。课程考核的内容和基本要求说明：：带▲的知识点将只在形成性考核中进行考核，终结性考核不再涉及。　　第1章　绪论考核知识点：▲液体运动的基本特征。连续介质和理想液体的概念。液体主要物理性质：惯性、万有引力特性（重力）、粘滞性、可压缩性和表面张力特性。物理量量纲的概念和单位。5．▲作用在液体上的两种力：质量力、表面力。考核要求了解液体流动的基本特征，理解连续介质与理想液体的概念和在水力学研究中的作用。 理解液体5个主要物理性质及其特征值和度量单位，重点掌握液体粘滞性及粘滞系数、牛顿内摩擦定律及其适用条件。了解什么情况下需要考虑液体的可压缩性和表面张力特性。了解量纲的概念，并且能表示各种物理量的量纲和单位。了解质量力、表面力的定义，理解单位表面力（压强、切应力）和单位质量力的物理意义。　　第2章　水静力学考核知识点1．静水压强及其两个特性；等压面概念。2．静水压强基本公式及其物理意义。3．静水压强的表示方法、单位和水头的概念。4．静水压强的量测和计算。5．作用于平面上静水总压力图解法和解析法计算。6．作用在曲面上水平分力计算和铅垂分力的计算。考核要求理解静水压强的两个特性和等压面的概念和性质。掌握静水压强基本公式并能用来进行静水压强计算，理解公式的物理意义。理解静水压强3种表示方法（绝对压强，相对压强，真空度）及它们间的相互关系和换算，注意真空度的概念，理解表示压强的单位和位置水头、压强水头、测压管水头的概念。了解静水压强量测的原理和方法，掌握应用静水压强基本公式和等压面进行静水压强计算。掌握绘制静水压强分布图的绘制和计算作用在平面上静水总压力的图解法和解析法。掌握压力体图的构成和铅垂作用力方向的判别，以及计算作用在曲面上的静水总压力水平分力和铅垂分力的方法。第3章　液体运动的基本理论考核知识点▲描述液体运动的两种方法：拉格朗日法和欧拉法。液体运动的分类和基本概念。恒定总流连续性方程及其应用。恒定总流能量方程及其应用。恒定总流动量方程及其应用。考核要求了解描述液体运动的拉格朗日方法和欧拉法。理解液体流动的分类和基本概念（恒定流与非恒定流，均匀流与非均匀流，渐变流与急变流；流线与迹线，元流，总流，过水断面，流量与断面平均流速，一维流动、二维流动和三维流动等），并能在分析水流运动时进行正确判断和应用。掌握恒定总流连续性方程的不同形式和应用。　　4．掌握恒定总流能量方程的形式、应用条件和注意事项，理解能量方程的物理意义、水头线绘制方法和水力坡度的概念，能熟练应用恒定总流能量方程进行计算。5．掌握恒定总流投影形式的动量方程、应用条件和注意事项，正确分析作用在控制体上的作用力和确定作用力及流速投影分量的正负号，能熟练应用恒定总流动量方程、能量方程和连续方程求解实际工程中的水力学问题。 第4章　液体流动型态与水头损失考核知识点流动阻力和水头损失分类均匀流边界切应力分布规律，沿程水头损失计算公式—达西公式。雷诺实验，液体流动的两种型态（层流、紊流）和判别方法，雷诺数Re。圆管均匀层流的流速分布和沿程水头损失。紊流特征；▲紊流切应力的产生原因；粘性底层与边界粗糙度对紊流运动的影响，紊流流速分布。尼古拉兹实验和沿程水力摩擦系数λ的变化规律。计算沿程水头损失的经验公式—舍齐公式和曼宁公式。局部水头损失计算。考核要求理解流动阻力与水头损失产生的原因和分类，理解水力半径的概念。了解均匀流边界切应力分布规律，熟练掌握计算沿程水头损失的达西公式和影响沿程水力摩擦系数λ的因素。理解雷诺实验现象和雷诺数Re的物理意义，掌握液体流动的两种流态（层流、紊流）的特点和判断方法。理解圆管均匀层流的流速分布规律和水头损失计算公式，对照达西公式掌握沿程水力摩擦系数λ的变化规律。了解紊流特征、紊流脉动的时均处理方法和紊流附加切应力产生的原因，理解粘性底层与边界粗糙度对紊流运动的影响，掌握紊流光滑区、紊流粗糙区和紊流过渡区的概念。了解紊流流速分布与层流流速分布的不同和原因。理解尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数λ的变化规律，会确定不同流区的λ值和用达西公式计算沿程水头损失。掌握舍齐公式和曼宁公式，理解舍齐公式与达西公式的联系和适用条件。能正确选择局部水头损失系数，掌握局部水头损失计算。第5章有压管道流动考核知识点管道的分类，短管与长管的计算理方法的区别。短管与长管管道水力计算和水头线的绘制。▲复杂管道的水力计算方法。▲水击：水击现象、特征和分类，直接水击压强计算。考核要求了解管道的分类（简单管道和复杂管道，短管与长管），理解短管与长管计算方法的区别。掌握短管与长管水力计算方法和水头线的绘制，并能进行虹吸管、倒虹吸、水泵装置等典型的管道水力计算和确定相应的安装高度和水泵扬程。了解复杂管道（串联、并联和沿程泄流管）的水流特点和计算方法。了解水击现象、水击传播特征和分类，会进行直接水击压强计算。　　第6章明渠均匀流考核知识点：明渠水流分类和特点，明渠的几何特征和底坡。 梯形断面明渠断面的面积、湿周和水力半径的计算。明渠均匀流的特征和形成条件；明渠均匀流公式；舍齐系数C和糙率n；水力最佳断面，允许流速，综合糙率和复式断面。明渠均匀流水力计算。考核要求了解明渠水流的分类（恒定与非恒定，均匀流和非均匀流，渐变流和急变流）和特点，了解棱柱体渠道的概念。掌握梯形断面明渠断面的水力要素的概念，以及面积、湿周和水力半径的计算。理解明渠均匀流的特征和形成条件，熟练掌握明渠均匀流公式以及舍齐系数C的计算，理解糙率n和允许流速在明渠均匀流水力计算中的作用和确定方法，掌握梯形明渠水力最佳断面的条件，了解综合糙率的确定和复式断面水力计算方法。掌握明渠均匀流水力计算的类型和计算方法。第7章明渠恒定非均匀流考核知识点1．明渠水流缓流、急流、临界流3种流态和判别，弗汝德数Fr。2．断面比能Es。3．临界水深hk。4．临界底坡ik。水跃、跌水现象和流动特征，水跃方程和共轭水深计算，▲水跃能量损失和跃长的确定。棱柱体明渠恒定非均匀渐变流水面曲线分析。▲明渠恒定非均匀渐变流水面曲线计算。▲弯道水流特征。考核要求1．掌握明渠水流三种流态（急流、缓流、临界流）的特征和判别方法，理解弗汝德数Fr的物理意义。2．理解断面比能Es的概念和特性，会用断面比能判别明渠水流流态。3．理解临界水深hk的定义，会进行临界水深计算并用hk进行流态判别，要掌握矩形明渠临界水深计算公式。4．理解临界底坡ik的概念，能用临界底坡ik判别陡坡与缓坡以及均匀流流态。理解水跃和跌水现象的流动特征，了解水跃方程，掌握矩形断面水平明渠共轭水深计算公式。了解水跃能量损失和跃长的计算方法。理解棱柱体明渠恒定渐变流水面线分类、分区和变化规律，能正确进行水面线分析和不同底坡明渠水面线的衔接。能进行明槽恒定非均匀渐变流水面曲线的分段求和法。了解弯道水流的运动特征和对河道演变及泥沙运动的影响。第8章过流建筑物水力计算和消能设计考核知识点堰流与闸孔出流的流动特性、联系和区别。堰和堰流的分类。堰流水力计算：薄壁堰、实用堰和宽顶堰水力计算。闸孔出流水力计算。泄水建筑物下游的水流衔接与底流消能。 考核要求了解堰流与闸孔出流的流动特性、联系与区别，掌握堰流与闸孔出流的判别。堰和堰流的分类：薄壁堰、实用堰、宽顶堰；自由出流、淹没出流。了解薄壁堰的用途和流量计算，掌握堰流公式和实用堰、宽顶堰水力计算，会正确选择和计算流量系数、淹没系数、侧收缩系数等各种经验系数值。掌握闸孔出流计算公式并能进行闸孔出流水力计算。了解泄水建筑物下游水流衔接的特征和消能形式，掌握底流消能消力池的水力设计方法。第9章　渗流考核知识点渗流的基本概念与渗流模型。渗流基本定律：达西定律表达式和渗透系数。▲地下河槽恒定渗流：均匀渗流计算，杜皮幼（dupuit）公式；▲恒定非均匀渐变渗流浸润线分析。普通井和井群水力计算。考核要求了解渗流的运动特点，理解渗流模型的概念和建立的条件。掌握渗流基本定律达西公式和其适用范围，了解渗透系数确定方法。了解地下河槽均匀渗流的计算方法，理解杜比公式与达西公式的区别，对照明渠水面曲线分析，了解浸润曲线的特点和分析方法。了解集水廊道、井和井群水力计算方法。了解求解渗流的一般方法。第10章　水力模型试验基础与量测技术考核知识点：相似现象相似原理，相似准则，重力相似准则，粘滞力相似准则，相似比尺。▲流速、流量和压强的基本量测方法。考核要求理解相似现象和水流的相似特征。了解相似原理，理解重力相似准则和粘滞力相似准则，能根据长度比尺确定在单项力相似条件下的流速比尺和流量比尺，进行模型与原型流速、流量和几何量的换算。了解流速、流量和压强的基本量测方法。计算题典型类型计算题类型1：利用恒定总量能量方程求解水力学问题。计算类型2：某输油管道长L，直径D，流速V，油的黏滞系数ν＝2．0cm2/s，问管中水流流态属层流还是紊流？并计算此管段的沿程水头损失。若将直径改为S，水温、流量不变，问管中水流属何种流态？计算类型3： 有一矩形断面渠道底宽B，底坡i，糙率n，当槽中均匀流水深H已知时，试求通过的流量Q。计算类型4：某矩形断面渠道中建有单孔平板闸门，已知平板闸门的宽度b，闸前水深为H，闸孔流量系数μ，闸门开度e，闸底板与渠底齐平。若不计闸前行进流速水头，试按自由出流求过闸流量；若闸下收缩水深已知为K，下游水深为T，试判断闸下水跃衔接的形式，并确定是否需要修建消力池？某单孔WES型实用堰，孔净宽B，上游堰高P，堰顶设计水头H，已知实用堰的设计流量系数m，不考虑侧收缩系数影响。堰下游收缩断面的水深Ht，收缩断面的宽为B2，下游水位低于堰顶，下游水深k。试求通过实用堰的流量Q；确定堰下游水跃衔接形式，说明堰下游是否需要修建消能设施？计算类型5：图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积A，管长l，两个30。折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为ζ1，ζ2，ζ3，沿程水头损失系数λ，上下游水位差H。求通过的流量Q。计算题是课程学习的一个难点，大家在复习时应重点关注。杨屹：局部水头损失产生的原因？陈丽：物理本质是依靠液流内部质点的相对运动和摩擦消耗机械能马千惠：回复：局部水头损失产生的原因？陈丽：水流克服局部阻力作功李焕光：根据边界条件的不同，水头损失可以分为哪几类？陈丽：局部水头损失和沿程水头损失。陈丽：今天的活动结束了，再见！'