浙大工程流体力学试题(卷)与答案解析

2002-2003学年工程流体力学期末试卷
一、单选题（每小题2分，共20分）
1、一密闭容器内下部为水，上部为空气，液面下
4.2米处的测压管高度为2.2m，设当地压强为
98KPa，则容器内液面的绝对压强为水柱。

(a) 2m(b)1m(c) 8m(d)-2m
2、断面平均流速υ与断面上每一点的实际流速u 的关系是。

(a)υ =u (b)υ >u (c)υ <u(d) υ ≥u或υ ≤u
3、均匀流的定义是。

(a) 断面平均流速沿流程不变的流动；
(b) 过流断面上各点流速相互平行的流动；
(c) 流线皆为平行直线的流动；
(d) 各点流速皆相等的流动。

4、与牛顿内摩擦定律有关的因素是。

(a) 压强、速度和粘度；
(b) 流体的粘度、切应力与角变形率；
(c) 切应力、温度、粘度和速度；
(d) 压强、粘度和角变形。

5、流量模数K的量纲是_____。

(a) L3T-2(b ) L3T-1(c)L2T-1(d)L2T-1
6、设模型比尺为1：100，符合重力相似准则，如果模型流速为0.6m/s，则原
型流速。

(a)60m/s(b) 0.006m/s(c) 60000m/s(d) 6m/s
7、在孔口的水头值与孔口的面积相同的情况下，通过管嘴的流量孔口的流量。

(a)等于(b)大于(c)小于(d) 不能判定
8、圆管流中判别液流流态的下临界雷诺数为。

(a) 2300(b)3300(c)13000(d) 575
9、已知流速势函数，求点（1，2）的速度分量为。

(a) 2(b) 3(c) -3(d) 以上都不是
10、按与之比可将堰分为三种类型：薄壁堰、实用堰、宽顶堰
(a)堰厚堰前水头(b) 堰厚堰顶水头(c) 堰高堰前水头(d) 堰高堰顶水头
二、简答题（共24分）
1．静水压强的特性(6分)
2．渐变流的定义及水力特性(6分)
3．边界层的定义及边界层中的压强特性(6分)
4．渗流模型简化的原则及条件(6分)
三、计算题（共56分）
１、(本小题14分)
有一圆滚门，长度L=10m，直径D=4m，上游水深H1=4m，下游水深H2=2m，求作用在圆滚门上的水平和铅直分压力。

题1图题2图
2、(本小题12分)
设导叶将水平射流作的转弯后仍水平射出，如图所示。

若已知最大可能的支撑力为F，射流直径为d，流体密度为ρ，能量损失不计，试求最大射流速度V1。

3、(本小题16分)
由水箱经变直径管道输水，H=16m，直径
d1=d3=50mm ，d2=70mm，各管段长度见图，
沿程阻力系数，突然缩小局部阻力系数
（对应细管流速），其他局部阻
力系数自定。

（1）试求流量。

Q=10 L/S，V1＝
5.1m/s,v2=2.6m/s
（2）定性绘制出管道的测压管水头线与总水头
线。

4、(本小题14分）
某梯形断面棱柱体密实粘土渠道，底坡i=0.0002，边坡系数m =2.0，糙率n =0.023，设计底宽b=14m，设计水深h0=2.5m。

不冲允许流速υ '=0.85R0.25，不淤允许流速υ ''=0.4~0.6m/s。

（1）求渠道的设计流量；
（3）校核渠道是否满足不冲不淤要求。

试卷答案
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2002-2003学年工程流体力学期末试卷答案
一、单选题（每小题2分，共20分）
c d c b b d b a b b
二、简答题（共24分）
1．一个特性，3分
2．定义3分，特性：平面1分；符合静水压强分布2分
3．定义4分，特性：2分
4．原则，2分，条件：4分
三、计算题（共56分）
１、(本小题14分)
左边水平力：3分，方向：1分，右边水平力：3分，方向：1分,Fx=588KN 垂直压力：5分，方向：1分,Fz=923KN
2、(本小题12分)
V12=2F/(D2×π×ρ)
公式：6分，结果：6分
3、(本小题16分)
（1）10分，能量方程：4分；连续性方程：2分，水头损失系数计算2分，结果：2分
（2）6分，错一处，扣1分
4、(本小题14分）
水力半径R的计算：2分,R=1.886m；Q的计算公式和结果：6分，Q=44.6m3/s 平均流速V的计算：2分,V=0.938m/s
不冲流速计算：2分，V’=0.996m/s
比较结果：2分
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一、填空题（除8、9、10小题每空2分外，其余每空1分，共18分）
1.浮体的稳定平衡条件为，潜体的稳定平衡条件为。

2.两根直径不等的圆形管道，通过的液体不同，它们的临界雷诺数（相等，不等）。

3.要使圆柱形外管嘴正常工作（管内真空度不超过水柱），则管嘴的最大作用水头H
为。

4.半满圆管流，直径，则其水力半径为。

5.圆管层流的动能修正系数与动量修正系数均（大于、小于、等于）圆管紊流，这是因为紊流过水断面上流速分布比层流过水断面上流速分布更。

（均匀、不均匀）
6.欧拉加速度包括位变加速度和时变加速度，而在恒定流中加速度为零。

7.满足重力相似准则（佛汝德准则），流量、流速、时间比尺同长度比尺的关系是= ，= 。

8.有一矩形无侧收缩薄壁堰，已知堰宽B=0.5m，堰上水头H=0.2m，流量系数为0.42。

当堰流为自由出流时，通过薄壁堰的流量为。

9．煤油管路上的文丘利流量计中通过的流量为100，煤油运动粘度为4.5×10。

现用运动粘度为1×10的水在缩小为原型1/3的模型上试验，则模型上的流量为。

10. 已知流速势，则可得流速分布场为：u x = ，u y =。

二、单项选择题（在每小题的四个备选答案中，选出一个正确的，并将其号码写在题后的括号内，每小题2分，共24分）
1.与牛顿内摩擦定律有关的因素是（）。

A. 压强、速度和粘度
B. 流体的粘度、切应力和角变形率
C. 切应力、温度、粘度和速度
D. 压强、粘度和角变形
2. 满足下列哪个条件，方程常数（为流体的密度，为断面平均流速，A为总
流的过流断面面积）就能成立。

（）
A. 理想流体
B. 恒定流动
C. 流体不可压缩
D. 流动无旋
3. 圆管紊流核心处的流速分布呈分布。

（）
A. 抛物线型
B. 对数或指数规律
C. 线性
D. 均匀
4. 明渠非均匀流的三种流态：急流、缓流和临界流，可用下列哪种方法来进行判别？（）
A. 弗劳德数
B. 临界底坡
C. 临界水深
D. 以上三种方法均可
5．压力表的读值是（）
A．绝对压强；B．绝对压强减去当地大气压；
C．绝对压强加当地大气压；D．当地大气压减去绝对压强。

6．水在等直径垂直管道内流动，相距的两断面间的水头损失等于（）
7．作为均匀流的定义，下面几种提法中哪一种是正确的？（）
A.断面平均流速沿流程不变的流动
B.流线皆为平行直线的流动
c.过流断面上各点的流速相互平行的流动 D.各点流速皆相等的流动
8．圆管均匀流中，过流断面上切应力分布为（）
9．作用水头和直径都相同的孔口、管嘴，其出流流速和出流流量之间的关系是（）。

A．V孔<V嘴Q孔< Q嘴B．V孔<V嘴Q孔> Q嘴C．V孔>V嘴Q孔< Q嘴D．V孔>V嘴Q孔> Q嘴
10．渗透系数反映土的透水性，其量纲是（）
A. 与流速相同
B. 与流量相同
C. 与面积相同
D. 无量纲
11. 粘性底层的厚度随雷诺数的而。

（）
A 减小，减小 B. 增大，增大 C. 增大，减小
D. 以上三种情况都不对
12．一封闭容器水面的绝对压强p=85kPa，中间玻璃管两端开口，当既无空气通过玻璃管进入容器，又无水进入玻璃管时，玻璃管应深入水面下的深度h为（）
三、简答题（共22分）
1.简述渗流模型及其应满足的条件。

（6分）
2. 试述明渠均匀流、非均匀流时的断面单位能量Es和单位重量流体所具有的总机械能E沿程变化情况。

（6分）
3. 试述流函数的两个特性。

（4分）
4.设定性画出图示管道的测压管水头线和总水头线。

(管径沿程不变) （6分）
四、计算题（共36分）
1、
钢制空心圆柱一侧挡水，园柱直径
，挡水高度，求每米长的圆柱所受的水平压力和垂直水压力的大小及作用位置，并说明此水平压力和垂直压力的合力通过圆心。

（半圆的重心离半圆圆心的距离为半径）。

（12分）
(题1图)(题3图)
2.有一土质渠道，其底坡i=0.005，边坡系数m=1.5，粗糙系数n=0.025，流量Q=3m3/s，不冲流速为1.5m/s。

如果按水力最优断面条件设计，断面尺寸如何？是否符合不冲条件。

（12分）
3. 有一中等直径钢管并联管路，流过的总流量为0.08m3/S，d1=200mm, d2=200mm ,长度l1=200m, l2=800mm 1= 2=0.024 （12分）
(1)求并联管中的流量Q1、Q2；A、B两点间的水头损失；
(2)若将两管道改为串联，并且管道两端A、B间的水头损失维持不变，求管道中所通过的流量Q。

试卷答案
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一、填空题（除8、9、10小题每空2分外，其余每空1分，共18分）
1. 定倾中心在重心之上，浮心在重心之上。

2. 相等。

3. 10m。

4. 100mm。

5. 大于，均匀。

6. 时变。

7. ，。

8. 0.00376m3/s。

9. 7.41L/s。

10. 2x, 1-2y。

二、单项选择题（在每小题的四个备选答案中，选出一个正确的，并将其号码写在题后的括号内，每小题2分，共24分）
1、B
2、B
3、B
4、D
5、B
6、A
7、B
8、B
9、A10、A11、C12、C
三、简答题（共22分）
1.答：渗流模型是忽略了土壤颗粒的存在，认为水充满整个渗流空间的模型，且满足：
（1）对同一过水断面，模型的渗流量等于真实的渗流量。

（2）作用于模型任意面积上的渗流压力，应等于真实渗流压力。

（3）模型任意体积内所受的阻力等于同体积真实渗流所受的阻力。

2.答：明渠均匀流-----E s沿程不变。

而总机械能E沿程总是减小。

明渠非均匀流-----E s沿程可增大、减小，也可不变。

而总机械能E沿程总是减小。

3.答：（1）流函数等值线就是流线。

（2）不可压缩流体的平面流动中，任意两条流线的流函数之差dy等于这两条流线间所通过的单位宽度流量dq。

4.答：如图所示：
四、计算题（共36分）
1、（12分）
（1）设，求圆柱每米长度上所受的力：
2 分
作用点：离水面 1 分
方向：向左。

1 分
3 分
作用点：半圆重心，离圆心 1 分
方向：向上。

1 分
（2）合力作用点：合力要通过圆心（如图所示），则力三角形必须满足
，而 3 分
故，合力通过圆心。

2.（12分）
按水力最优条件设计，有
2 分
且 2 分
2 分
3 分
2 分
不满足抗冲条件。

1 分
3. （12分）
(1)并联
2 分
Q=Q1 +Q2 1 分
v2=0.85m/s v1=2v2=1.70m/s 2 分
Q2=0.027 m3/S Q1=0.053 m3/S 1 分
(2) 串联
2 分
d1=d2Q1=Q2 1 分
有v1’=v2’=0.76m/S 2 分
Q=0.024m3/S 1 分
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课程性质与目的
工程流体力学是研究流体的机械运动规律及其应用的学科，是土木、水利类专业的一门必修的基础课程。

本课程的目的是：通过各教学环节的学习，使学生掌握流体运动的基本概念、基本理论、
基本计算方法与实验技能，培养分析问题的能力和创新能力，为学习专业课程，并为将来在土木、水利工程各个领域从事专业技术工作打下基础。

流体力学课程在专业教学中将为专门水力学、水文学、土力学、工程地质、土木工程施工、建筑设备等多门专业基础课程和专业课程阐释所涉及的流体力学原理，帮助学生进一步认识土木、水利工程与大气和水环境的关系。

本课程应达到的基本要求：
（一）具有较为完整的理论基础，包括：
1．掌握流体力学的基本概念；
2．熟练掌握分析流体流动的总流分析方法，熟悉量纲分析与实验相结合的方法，了解求解简单平面势流的方法；
3．掌握流体运动能量转化和水头损失的规律，对绕流阻力有一定了解。

（二）具有对一般流动问题的分析和计算能力，包括：
1．水力荷载的计算；
2．管道、渠道和堰过流能力的计算，井的渗流计算；
3．水头损失的分析和计算。

（三）掌握测量水位、压强、流速、流量的常规方法。

具有观察水流现象，分析实验数据和编写报告的能力。

浙江大学建筑工程学院2007-2008学年流体力学课程总学时为56学时，其中16学时为实验，40学时为理论教学。

理论教学教师邵卫云、张燕、包志仁、胡云进，课时安排参考：
实验内容:
本课程的实验过程为独立环节，共16学时，实验成绩占总成绩的20%。

实验教材为自编的《应用流体力学实验》。

实验主讲教师为毛根海、章军军、祝丽丽。

实验自10月17日开始，实行开放式教学实验，每周二、周三、周四下午13：15—17：30开放，实验室在适当时间根据参加实验人数，增加开放时间；在其它工作时间，两人以上可提前一天预约。

在首次实验集中讲授后，学生可在实验室开放时间，自行安排实验，进行自助式实验。

计划安排：
①讲授（2学时）：演示类实验，CAI（计算机辅助实验），测量实验；；
②必做定量测量分析实验（8学时）：静水、能量、动量、沿程为必做实验；
③选做与创新实验（课内6学时，课外6学时）：选做实验至少二项或自主设计创新实验一项(项目内容详见《应用流体力学实验》和流体力学自主设计创新实验指南第五期)。

自主设计创新实验是从实验内容、实验装置设计、实验过程、实验结果及考核形式上进行全方位改革的一种实验教学新模式，鼓励学有余力的同学参加。

前修课程要求:
《高等数学》、《普通物理》、《理论力学》、《材料力学》（基础部分）。

建议教材与参考述:
教材：《应用流体力学》毛根海主编，毛根海、邵卫云、张燕编，高等教育出版社出版，2006
版。

（该教材为“十一五”国家级规划教材，被评为国家级“2007年度普通高等教育精品教材”）参考书：《水力学》（第三版）西南交通大学水力学教研室，高等教育出版社1983年11月。