水力学
昆明理工大学2007年硕士研究生招生入学考试试题(A卷)
考试科目代码：826考试科目名称：水力学
试题适用招生专业：水文学及水资源、水力学及河流动力学、水利水电工程、农业水
土工程
考生答题须知
1．所有题目（包括填空、选择、图表等类型题目）答题答案必须做在考点发给的答题纸上，做在本试题册上无效。请考生务必在答题纸上写清题号。
2．评卷时不评阅本试题册，答题如有做在本试题册上而影响成绩的，后果由考生自己负责。
3．答题时一律使用蓝、黑色墨水笔或圆珠笔作答（画图可用铅笔），用其它笔答题不给分。
4．答题时不准使用涂改液等具有明显标记的涂改用品。
水力学
目录 绪论： (1) 第一章：水静力学 (1) 第二章：液体运动的流束理论 (3) 第三章：液流形态及水头损失 (3) 第四章：有压管中的恒定流 (5) 第五章：明渠恒定均匀流 (5) 第六章：明渠恒定非均匀流 (6) 第七章：水跃 (7) 第八章：堰流及闸空出流 (8) 第九章：泄水建筑物下游的水流衔接与消能 (9) 第十一章：明渠非恒定流 (10) 第十二章：液体运动的流场理论 (10) 第十三章：边界层理论 (11) 第十四章：恒定平面势流 (11) 第十五章：渗流 (12) 第十六章：河渠挟沙水流理论基础 (12) 第十七章：高速水流 (12) 绪论： 1 水力学定义：水力学是研究液体处于平衡状态和机械运动状态下的力学规律，并探讨利用这些规律解决工程实际问题的一门学科。 2 理想液体：易流动的，绝对不可压缩，不能膨胀，没有粘滞性，也没有表面张力特性的连续介质。 3 粘滞性：当液体处在运动状态时，若液体质点之间存在着相对运动，则质点见要产生内摩擦力抵抗其相对运动，这种性质称为液体的粘滞性。可视为液体抗剪切变形的特性。（没有考虑粘滞性是理想液体和实际液体的最主要差别） 4 动力粘度：简称粘度，面积为1m2并相距1m的两层流体，以1m/s做相对运动所产生的内摩擦力。 5 连续介质：假设液体是一种连续充满其所占空间毫无空隙的连续体。 6 研究水力学的三种基本方法：理论分析，科学实验，数值计算。 第一章：水静力学 要点：（1）静水压强、压强的量测及表示方法；（2）等压面的应用；（3）压力体及曲面上静水总压力的计算方法。
7 静水压强的两个特性：1）静水压强的方向与受压面垂直并指向受压面2）任一点静水压强的大小和受压面方向无关，或者说作用于同一点上各方向的静水压强大小相等。 8 等压面：1）在平衡液体中等压面即是等势面2）等压面与质量力正交3）等压面不能相交4）绝对静止等压面是水平面5）两种互不相混的静止液体的分界面必为等压面6）不同液体的交界面也是等压面 9 静水压强的计算公式：p=p0+ 10 绕中心轴作等角速度旋转的液体： 11 绝对压强：以设想没有大气存在的绝对真空状态作为零点计量的压强，称为绝对压强。 12 相对压强： 13 真空度：是指该点绝对压强小于当地大气压强的数值， 14 压强的测量：测压管，U型水银测压计, 差压计 15 静止液体内各点，测压管水头等于常数， 16 作用在矩形上的静水总压力：（画图是考点）1）按一定比例，用线段长度代表改点静水压强的大小2）用箭头表示静水压强的方向，并与作用面垂直P37 17 静水总压力的计算：(为平面形心在点C液面下的淹没深度) （） 18 矩形，绕形心轴的面积惯矩：。圆形平面绕圆心轴线的面积惯矩 19作用在曲面上的静水总压力：，，, tan 20 沉体：如果质量力大于上浮力，物体就会下沉，直到沉到底部才停止下来，这样的物体称为沉体。 浮体：如果质量力小于上浮力，物体就会上浮，一直要浮出水面，且使物体所排开的液体的重量和自重刚好相等后，才能保持平衡状态，这样的物体我们称为浮体。（定倾中心要高于重心） 潜体：质量力等于上浮力，物体可以潜没于水中任何位置而保持平衡，这样的物体称为潜体。（重心位于浮心之下） 21 平衡的稳定性：是指已处于平衡状态的潜体，如果因为某种外来干扰使之脱离平衡位置时，潜体自身恢复平衡的能力。
水力学辅导材料6
水力学辅导材料6： 一、第6章明槽恒定流动（1） 【教学基本要求】 1、了解明槽水流的分类和特征，了解棱柱体渠道的概念，掌握明槽底坡的概念和梯形断面明渠的几何特征和水力要素。 2、了解明槽均匀流的特点和形成条件，熟练掌握明槽均匀流公式，并能应用它来进行明渠均匀流水力计算。 3、理解水力最佳断面和允许流速的概念，掌握水力最佳断面的条件和允许流速的确定方法，学会正确选择明渠的糙率n值。 4、掌握明槽均匀流水力设计的类型和计算方法，能进行过流能力和正常水深的计算，能设计渠道的断面尺寸。 5、掌握明渠水流三种流态（急流、缓流、临界流）的运动特征和判别明渠水流流态的方法，理解佛汝德数Fr的物理意义。 6、理解断面比能、临界水深、临界底坡的概念和特性，掌握矩形断面明渠临界水深h k 的计算公式和其它形状断面临界水深的计算方法。 【内容提要和学习指导】 这一章是工程水力学部分内容最丰富也是实际应用最广泛的一章。 本章有4个重点：明渠均匀流水力计算；明渠水流三种流态的判别；明渠恒定非均匀渐变流水面曲线分析和计算，这部分也是本章的难点；水跃的特性和共轭水深计算。学习中应围绕这4个重点，掌握相关的基本概念和计算公式。 这一讲我们讨论前2个问题，后面2个问题将放在第7讲讨论。 明渠水流的复杂性在于有一个不受边界约束的自由表面，自由表面能随上下游的水流条件和渠道断面周界形状的变化而上下变动，相应的水流运动要素也发生变化，形成了不同的水面形态。 6.1 明槽和明槽水流的几何特征和分类 （1）明槽水流的分类 明槽恒定均匀流 明槽恒定非均匀流 明槽非恒定非均匀流 明槽非恒定均匀流在自然界是不可能出现的。 明槽非均匀流根据其流线不平行和弯曲的程度，又可以分为渐变流和急变流。 （2）明槽梯形断面水力要素的计算公式：
(完整版)水力学试题带答案
水力学模拟试题及答案 1、选择题：（每小题2分） （1）在水力学中，单位质量力是指（） 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。 答案：c （2）在平衡液体中，质量力与等压面（） a、重合； b、平行 c、相交； d、正交。 答案：d （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/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m2 答案：b （4）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 （5）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 （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 a、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流粗糙区 答案：c （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 a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m 答案：c （8）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 （9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（）。 a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。 答案：b （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 a、缓流； b、急流； c、临界流；
水力学(闻德荪)习题答案第八章
选择题（单选题） 8.1 明渠均匀流只能出现在：（b ） （a ）平坡棱柱形渠道；（b ）顺坡棱柱形渠道；（c ）逆坡棱柱形渠道；（d ）天然河道中。 8.2 水力最优断面是：（c ） （a ）造价最低的渠道断面；（b ）壁面粗糙系数最小的断面；（c ）过水断面积一点，湿周最小的断面；（d ）过水断面积一定，水力半径最小的断面。 8.3 水力最优矩形渠道断面，宽深比/b h 是：（c ） （a ）0.5；（b ）1.0；（c ）2.0；（d ）4.0。 8.4 平坡和逆坡渠道中，断面单位能量沿程的变化：（b ） （a ） de ds >0；（b ）de ds <0；（c ）de ds =0；（d ）都有可能。 8.5 明渠流动为急流时：（a ） （a ）r F >1；（b ）h >c h ；（c ）v 1、选择题：（每小题2分） （1）在水力学中，单位质量力是指（） 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。 答案：c （2）在平衡液体中，质量力与等压面（） a、重合； b、平行 c、相交； d、正交。 答案：d （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/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m2 答案：b （4）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 （5）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 （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 a、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流粗糙区 答案：c （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 a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m 答案：c （8）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 （9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（）。 a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。 答案：b （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 a、缓流； b、急流； c、临界流； 答案：b 各具特色的的水力学总结 摘要： 水力学课程转眼间要结束了，在学习期间，我们困惑过、欣喜过、迷茫过，但最终我们知道了什么是水力学，水力学是讲什么的，我们为什么要学习水力学..... 但在结束的时候似乎我们每个人都找到了自己困惑的答案，我为自己能学习水力学而高兴，学习这门学科是自己终身的财富，我相信我绝不会从此丢掉水力学的，在课堂上学到的东西，终有一天会被实际证明的。同时向本书的编者，我国著名水力学专家、四川大学终身教授、中国共产党党员、水力学与山区河流开发保护国家重点实验室教授、博士生导师吴持恭先生表达我最崇高的敬仰之情，并祝愿他在天国幸福。我相信，我们会以吴老先生为榜样，寻着他的踪迹，坚持在水电事业的大道上，贡献自己的一份力量。 关键词: 水力学困惑欣喜感悟 作为本次的执笔者，来总结这篇意义非凡的论文，我感到万分高兴。首先我想先介绍一下我们对水力学的认识的变化过程，可能有很多不足望指教，之后再具体阐述。 我们刚接触她时感觉很有意思，我们竟然能够研究并利用世界上最多也最珍贵的水来为我们服务，并且通过人们一些所谓的智慧竟然能让桀骜不驯的水流为人类服务，修建水电站来提供我们需要的电力、修建灌溉工程来滋润我们的良田、修建水库来提供我们日常所需的水源等等，我们不得不佩服人类的伟大。如果我们真正想弄明白水流的性质，水力学是我们永远都迈不过去的坎。最感官的认识是“水力学”有女人的某些性质，有时让人捉摸不透，因此让我们带着一个急切的心情去想了解她，认识她，利用她。 刚接触她时我们有点急切，可接触她之后却发现原来水的性质竟然这么复杂，可以说人类要想真正完全弄懂她是不可能的，大自然的智慧是人类永远无法完全弄明白的的，因此我们对自然的心态应该是敬畏的，而不应该是征服，对水流也一样，我们不应该让水流完全按照人类的意愿行事，应该给水流一些自由的空间，这样我们才能从水那里获得更多，而被伤害的更少。因此学完之后，让我们带着敬畏的心情，来总结我们所学过的水力学知识吧！接下来就是我们各具特色的水力学总结： 水力学 一、概念 1.水力学：是一门技术学科，它是力学的一个分支。水力学的 任务是研究液体（主要是水）的平衡和机械运动的规律及其 实际应用。 2.水力学：分为水静力学和水动力学。 3.水静力学：关于液体平衡的规律，它研究液体处于静止（或 相对平衡）状态时，作用于液体上的各种力之间的关系。 4.水动力学：关于液体运动的规律，它研究液体在运动状态时， 作用于液体上的力与运动要素之间的关系，以及液体的运动 特性与能量转换等。 5.粘滞性：当液体处于运动状态时，若液体质点之间存在着相 对运动，则质点间要产生内在摩擦力抵抗其相对运动，这种 性质称为液体的粘滞性，此内摩擦力又称为粘滞力。 6.连续介质：一咱连续充满其所占据空间毫无空隙的连续体。 7.理想液体：就是把水看作绝对不可压缩、不能膨胀、没有粘 滞性、没有表面张力的连续介质。 8.质量力：通过所研究液体的每一部分质量而作用于液体的、 其大小与液体的质量与比例的力。如重力、惯性力。 9.单位质量力：作用在单位质量液体上的质量力。 10.绝对压强：以设想没有大气存在的绝对真空状态作为零点 计量的压强。p’>0 11.相对压强：把当地大气压Pa作为零点计量的压强。p 12.真空：当液体中某点的绝对压强小于当地压强，即其相对 压强为负值时，则称该点存在真空。也称负压。真空的大小用真空度Pk表示。 13.恒定流：在流场中任何空间点上所有的运动要素都不随时 间而改变，这种水流称为恒定流。 14.非恒定流：流场中任何空间点上有任何一个运动要是随时 间而变化的，这种水流称为非恒定流。 15.流管：在水流中任意取一微分面积dA，通过该面积周界上 的每一个点，均可作一根流线，这样就构成一个封闭的管状曲面，称为流管。 16.微小流束：充满以流管为边界的一束液流。 17.总流：有一定大小尺寸的实际水流。 18.过水断面：与微小流束或总流的流线成正交的横断面。 19.流量：单位时间内通过某一过水断面的液体体积。Q 20.均匀流：流线为相互平行的直线的水流 21.非均匀流：流线不是互相平行的直线的水流。按流线不平 行和弯曲的程度，可分为渐变流和急变流两种类型。 22.渐变流：当水流的流线虽然不是互相平行直线，但几乎近 于平行直线时称为渐变流（或缓变流）。所以渐变流的情况就是均匀流。 23.急变流：若水流的流线之间夹角很大或者流线的曲率半径 综合测试题三 一、填空题（每空1分，共20分）： 1.对于不可压缩流体常选用 质量M 、 长度L 、 时间T 作为基本量纲。 2.当地大气压为750mmHg 时,测得某体系中压力表读数为50mmHg,则该体系的绝对压强为 800 mmHg 。 3.描述流体运动有两种方法，分别为 欧拉法 和 拉格朗日法 。 4.孔口出流的水力计算时，认为 101≤H d 为小孔口， 101 ≥ H d 为大孔口。 5.雷诺实验结果表明流态分为两种，其分别为 层流 和 紊流 。 6.根据尼古拉兹实验结果，可把紊流分为 光滑区 、 过渡区 和 粗糙区 三个区。 7.在恒定流中，其欧拉加速度中的 时变 加速度等于0；在均匀流中，其欧拉加速度中的 位变 加速度等于0。 8.根据渠道几何特性的变化情况，可将明渠分为 棱柱体渠道 和 非棱柱体渠道 。 9.堰的分类时，按堰顶厚度δ与堰上水头H 的比值不同，可将堰分为 实用堰 、 宽顶堰 和 薄壁堰 。 二、选择题（每题2分，共20分） 1.露天水池中，水深10m 处的相对压强为（ C ） A. 10kPa B. 49kPa C. 98kPa D. 205kPa 2.圆柱形外管嘴的正常工作条件是（ B ） A. L=（3～4）d ，H 0＞9m B. L=（3～4）d ，H 0≤9m C. L ＞（3～4）d ，H 0≤9m D. L ＜（3～4）d ，H 0≤9m 3.均匀流的定义是（ C ）。 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. 在渐变流过流断面上，动压强分布满足( C )规律。 A. 0p z γ +> B. 0p z γ+< C. p z c γ+= D.以上都不是 5.具有相同的孔口和管嘴的过水断面面积的孔口出流与管嘴出流，在相同的作用水头下， 其出流流量分别为Q 和Q n ，则有（ C ） A ． Q>Q n B ． Q=Q n C ． Q 1 第一章 绪 论 (一)液体的主要物理性质 1．惯性与重力特性：掌握水的密度ρ和容重γ； 2．粘滞性：液体的粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因。 描述液体内部的粘滞力规律的是牛顿内摩擦 定律 : 注意牛顿内摩擦定律适用范围：1)牛顿流体， 2)层流运动 3．可压缩性：在研究水击时需要考虑。 4．表面张力特性：进行模型试验时需要考虑。 下面我们介绍水力学的两个基本假设： (二)连续介质和理想液体假设 1．连续介质：液体是由液体质点组成的连续体,可以用连续函数描述液体运动的物理量。 2．理想液体：忽略粘滞性的液体。 （三）作用在液体上的两类作用力 第二章 水静力学 水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。通过静水压强和静水总压力的计算，我们可以求作用在建筑物上的静水荷载。 （一）静水压强： 主要掌握静水压强特性,等压面,水头的概念，以及静水压强的计算和不同表示方法。 1．静水压强的两个特性： （1）静水压强的方向垂直且指向受压面 （2）静水压强的大小仅与该点坐标有关，与受压面方向无关， 2.等压面与连通器原理：在只受重力作用,连通的同种液体内, 等压面是水平面。 (它是静水压强计算和测量的依据） 3．重力作用下静水压强基本公式（水静力学基本公式） p=p 0+γh 或 其中 ： z —位置水头， p/γ—压强水头 （z+p/γ）—测压管水头 请注意，“水头”表示单位重量液体含有的能量。 4．压强的三种表示方法：绝对压强p ′，相对压强p ， 真 空度p v , ↑ 它们之间的关系为：p= p ′-p a p v =│p │（当p ＜0时p v 存在）↑ 相对压强:p=γh,可以是正值，也可以是负值。要求 掌握绝对压强、相对压强和真空度三者的概念和它们之间的转换关系。 1pa(工程大气压)=98000N/m 2=98KN/m 2 下面我们讨论静水总压力的计算。计算静水总压力包括求力的大小、方向和作用点，受压面可以分为平面和曲面两类。根据平面的形状：对规则的矩形平面可采用图解法，任意形状的平面都可以用解析法进行计算。 （一）静水总压力的计算 1)平面壁静水总压力 （1）图解法：大小：P=Ωb, Ω--静水压强分布图面积 方向：垂直并指向受压平面 作用线：过压强分布图的形心，作用点位于对称轴上。 静水压强分布图是根据静水压强与水深成正比关系 绘制的，只要用比例线段分别画出平面上俩点的静水压强，把它们端点联系起来，就是静水压强分布图。 （2）解析法：大小：P=p c A, p c —形心处压强 方向：垂直并指向受压平面 作用点D ：通常作用点位于对称轴上，在平面的几何中心之下。 求作用在曲面上的静水总压力P ，是分别求它们的水平分力P x 和铅垂分力P z ，然后再合成总压力P 。 （3）曲面壁静水总压力 1）水平分力：P x =p c A x =γh c A x 水平分力就是曲面在铅垂面上投影平面的静水总压力，它等于该投影平面形心点的压强乘以投影面面积。要求能够绘制水平分力P x 的压强分布图，即曲面在铅垂面上投影平面的静水压强分布图。 2〕铅垂分力：P z =γV ,V---压力体体积。 在求铅垂分力P z 时,要绘制压力体剖面图。压力体是由自由液面或其延长面,受压曲面以及过曲面边缘的铅垂平面这三部分围成的体积。当压力体与受压面在曲面的同侧，那么铅垂分力的方向向下；当压力体与受压面在曲面的两侧，则铅垂分力的方向向上。 3〕合力方向：α=arctg 下面我们举例来说明作用在曲面上的压力体和静水总 压力。 例5图示容器左侧由宽度为b 的直立平面AB 和半径为R 的1/4圆弧曲面BC 组成。容器内装满水，试绘出AB 的 压强分布图和BC 曲面上的压力体剖面图及水平分力的压强分布图，并判别铅垂作用力的方向, 铅垂作用力大 小如何计算？ 解：(1)对AB 平面，压强分布如图所示。总压力P=1/2 γH 2b ； (2)对曲面BC ，水平分力的压强分布如图所示， c p z =+γ x z P P d y d u μ τ= 水力学试卷10套 水力学试卷（1） 一、单项选择题（每小题 1 分，共 20 分）在下列每小题的四个备选答案中选出一个正确的答案，并将其字母标号填入题干的括号内。 1．判别水流是层流还是紊流，可以用（ ） A ．牛顿数 Ｂ．欧拉数 Ｃ．佛汝德数 Ｄ．雷诺数 2．理想液体与实际液体最主要的区别是（ ） A ．不可压缩 Ｂ．不能膨胀 Ｃ．没有表面张力 Ｄ．没有粘滞性 3．恒定渐变渗流中，某过断面上的流速分布为（ ） A ．抛物线型 Ｂ．对数型 Ｃ．矩型 Ｄ．三角型 4．公式c p z =γ+中的p 是（ ） A ．绝对压强 Ｂ．相对压强 Ｃ．绝对压强或相对压强 Ｄ． 真空压强 5．液体中某点发生真空时，该点的（ ） A ．绝对压强为负值 Ｂ．相对压强为负值 Ｃ．绝对压强小于相对压强 Ｄ．绝对压强大于大气压强 6．水力最佳断面是（ ） A ．最低造价的断面 Ｂ．流量一定，面积最大的断面 Ｃ．最小糙率的断面 Ｄ．面积一定，湿周最短的断面 7．水流沿等直径水平放置管道作有压恒定流动，沿流动方向各断面的平均流速沿程（ ） A ．增大 Ｂ．减小 Ｃ．不变 Ｄ．可能增大、可能减小或不变 8、管道中发生水击波时，周期与相的关系为（ ） A ．1相为一周期 Ｂ．2相为一周期 Ｃ．3相为一周期 Ｄ．4相为一周期 9．有压管中各断面测压管水头线到该断面中心的距离即为该断面的（ ） A ．中心点压强水头 Ｂ．中心点位置水头 Ｃ．测压管水头 Ｄ． 平均流速水头 10．除了无弯曲，棱柱体渠道还需（ ） A ． 断面形状、尺寸及底坡沿程不变 Ｂ．断面形状、尺寸沿程不变 Ｃ．断面形状、尺寸及糙率沿程不变 Ｄ．断面形状、尺寸、糙率及底坡沿程不变 11．图示封闭容器内，液面压强p 0与当地大气压强p a 的关系为（ ） A ．p 0＜p a Ｂ．p 0＝p a Ｃ．p 0＞p a Ｄ．无法确定 第1章 流体力学的基本概念 流体力学是研究流体的运动规律及其与物体相互作用的机理的一门专门学科。本章叙述在以后章节中经常用到的一些基础知识，对于其它基础内容在本科的流体力学或水力学中已作介绍，这里不再叙述。 连续介质与流体物理量 连续介质 流体和任何物质一样，都是由分子组成的，分子与分子之间是不连续而有空隙的。例如，常温下每立方厘米水中约含有3×1022 个水分子，相邻分子间距离约为3×10－8 厘米。因而，从微观结构上说，流体是有空隙的、不连续的介质。 但是，详细研究分子的微观运动不是流体力学的任务，我们所关心的不是个别分子的微观运动，而是大量分子“集体”所显示的特性，也就是所谓的宏观特性或宏观量，这是因为分子间的孔隙与实际所研究的流体尺度相比是极其微小的。因此，可以设想把所讨论的流体分割成为无数无限小的基元个体，相当于微小的分子集团，称之为流体的“质点”。从而认为，流体就是由这样的一个紧挨着一个的连续的质点所组成的，没有任何空隙的连续体，即所谓的“连续介质”。同时认为，流体的物理力学性质，例如密度、速度、压强和能量等，具有随同位置而连续变化的特性，即视为空间坐标和时间的连续函数。因此，不再从那些永远运动的分子出发，而是在宏观上从质点出发来研究流体的运动规律，从而可以利用连续函数的分析方法。长期的实践和科学实验证明，利用连续介质假定所得出的有关流体运动规律的基本理论与客观实际是符合的。 所谓流体质点，是指微小体积内所有流体分子的总体，而该微小体积是几何尺寸很小（但远大于分子平均自由行程）但包含足够多分子的特征体积，其宏观特性就是大量分子的统计平均特性，且具有确定性。 流体物理量 根据流体连续介质模型，任一时刻流体所在空间的每一点都为相应的流体质点所占据。流体的物理量是指反映流体宏观特性的物理量，如密度、速度、压强、温度和能量等。对于流体物理量，如流体质点的密度，可以地定义为微小特征体积内大量数目分子的统计质量除以该特征体积所得的平均值，即 V M V V ??=?→?'lim ρ （1-1） 式中，M ?表示体积V ?中所含流体的质量。 按数学的定义，空间一点的流体密度为 V M V ??=→?0 lim ρ （1-2） 水力学模拟试题及答案（一） 1、选择题：（每小题2分） （1）在水力学中，单位质量力是指（） 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。 答案：c （2）在平衡液体中，质量力与等压面（） a、重合； b、平行 c、相交； d、正交。 答案：d （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/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m2 答案：b （4）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 （5）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 （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 a、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流粗糙区 答案：c （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 a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m 答案：c （8）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 （9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（）。 a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。 答案：b （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 a、缓流； b、急流； c、临界流； 水力学练习题及参考答案 一、是非题(正确的划“√”，错误的划“×) 1、理想液体就是不考虑粘滞性的实际不存在的理想化的液体。（√） 2、图中矩形面板所受静水总压力的作用点与受压面的形心点O重合。(×) 3、园管中层流的雷诺数必然大于3000。(×) 4、明槽水流的急流和缓流是用Fr判别的，当Fr＞1为急流。(√) 5、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。（×） 6、水流总是从流速大的地方向流速小的地方流动。（×） 6、达西定律适用于所有的渗流。（×） 7、闸孔出流的流量与闸前水头的1/2次方成正比。（√） 8、渐变流过水断面上各点的测压管水头都相同。(√) 9、粘滞性是引起液流运动能量损失的根本原因。(√) 10、直立平板静水总压力的作用点就是平板的形心。（×） 11、层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。(√) 12、陡坡上出现均匀流必为急流，缓坡上出现均匀流必为缓流。(√) 13、在作用水头相同的条件下，孔口的流量系数比等直径的管嘴流量系数大。(×) 14、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。(√) 15、直立平板静水总压力的作用点与平板的形心不重合。（√） 16、水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。(×) 17、水头损失可以区分为沿程水头损失和局部水头损失。(√) 18、牛顿内摩擦定律适用于所有的液体。(×) 19、静止液体中同一点各方向的静水压强数值相等。（√） 20、明渠过流断面上各点的流速都是相等的。(×) 21、缓坡上可以出现均匀的急流。(√) 22、静止水体中,某点的真空压强为50kPa，则该点相对压强为-50 kPa。(√) 24、满宁公式只能适用于紊流阻力平方区。(√) 25、水深相同的静止水面一定是等压面。(√) 26、恒定流一定是均匀流，层流也一定是均匀流。（×） 27、紊流光滑区的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。(√) 28、陡坡上可以出现均匀的缓流。(×) 29、满宁公式只能适用于紊流阻力平方区。(√) 30、当明渠均匀流水深大于临界水深，该水流一定是急流。(×) 五思考题 5—] 试定性分所收缩系数的大小对孔口、管嘴出流流速和流量的影响。 5—2 等径孔口和管嘴，在相同作用水头下、两者的出口流速和流量有什么关系? 5—3 相同作用水头下，孔口或管嘴的自由出流和淹没出流有什么异同？ 5 4 为什么淹没出流时孔口没有大小孔之分? 5—5 短管和长管有何区别？ 5—6 分析相同作用水头下，短管自由出流和淹没出流时管中流最关系和相应点的压强关系。 5—7 如图5—25所示的两根相同短管1．2，若上游水位恒定．下游水位分别为A．B，问在这三种情况下两管中的流量关系怎件？ 5—8 则分析两根并联管道水力坡度相等的条件及流量相等的条件。 5—9 如图5—26所示，水箱水位恒定，正常工作时流量分别为Q1、Q2、Q3，若关小阀门K，试问Q 2，Q2，Q3将如何变化? 5—10 试问管网的控制点足否地势最高或离水源最远? 习题 5—1容器器壁上开有直径为20 mm的圆形孔口，在恒定作用水头H=0.8m作用下，测 得流量为0.772L/s ，试求孔口的流量系数。 5—2 如图5—27所示平底驳船．船舷高度h=1m 。船自重 9.81KN ，船身水平截面积为82 m ,现船底高一破孔直径为100 Mm,孔口流量系数为0.60。问多长时间后船将沉没(不计舱壁 厚度) 5—3 如图5-28所示，为使水均匀进入沉淀池，在池子进口设穿口强。穿口强上开有边长为80mm 的方形孔14个，总流量为110/L S ，不计墙后及孔间相互影响，若流量系数为0.62，求穿孔墙前后的水位差。 5-4如图5-29所示，水库有三个水平底孔放水。孔口直径d=0.2m ，三个孔上水深分别为2.2m 、2.4m 和2.6m ，流量系数为0.060。试求总泄流量。（不计底板厚度） 5-5 作用水头恒为2m ，直径20mm 的薄壁小孔口，流量系数为0.62；相同条件下在孔口处接一圆柱形外伸管嘴，管嘴直径为29mm ，流量系数为0.82，试求孔口流量H Q ，管嘴流量V Q 及自有出流时管嘴内的真空度v P 。 硕士研究生入学考试《水力学》考试大纲 一、课程性质、目的与任务以及对先开课程要求 水力学是水利类各专业必修的一门主要专业基础课。水力学的任务是研究液体(主要是水)的平衡和机械运动的规律及其实际应用。通过本课程的学习,使学生掌握水流运动的基本概念、基本理论与分析方法,理解不同水流的特点,学会常见水利工程中的水力计算,并具备初步的试验量测技能,为学习后续课程和专业技术工作打下基础。 二、教学重点及难点 本课程教学重点:水静力学,水动力学理论基础,流动阻力与水头损失,有压管路,明渠均匀流,明渠非均匀流。 难点:液体的相对平衡,作用在平面、曲面上的力,实际液体的运动微分方程,恒定总流伯诺里方程,恒定总流动量方程,紊流沿程损失的分析与计算,复杂长管的水力计算,管网的水力计算,无压圆管均匀流水力计算,断面单位能量、临界水深,恒定明渠流动的流动型态及判别标准,明渠非均匀渐变流微分方程,棱柱体渠道非均匀渐变流水面曲线的计算。 三、与其它课程的关系 学习本课程应具备高等数学中有关微分、积分、简单微分方程等高等数学基础;还应具备理论力学、材料力学中有关静力学、动力学、应力与应变、面积矩等方面的工程力学基础。后续课程为水资源管理、水工建筑物、水利工程施工与水电站。 四、教学内容、学时分配及基本要求 第一章绪论 基本要求:了解液体运动的基本规律及研究液体运动规律的一般方法,掌握液体的主要物理性质。 重点:.液体的主要物理性质 难点:液体粘性产生原因及作用 第一节水力学的任务及其发展概况 1、水力学的任务 2、水力学发展简史 第二节液体的主要物理性质及其作用在液体上的力 1、液体的质量和密度 2、液体的重量和容重 3、液体的粘滞性 4、液体的压缩性 5、液体的表面张力 6、作用于液体上的力 第三节液体的基本特征和连续介质 1、液体的基本特征 2、连续介质假设 第一章 绪论 1-2．20℃的水2.5m 3 ，当温度升至80℃时，其体积增加多少？ [解] 温度变化前后质量守恒，即2211V V ρρ= 又20℃时，水的密度31/23.998m kg =ρ 80℃时，水的密度32/83.971m kg =ρ 32 1 125679.2m V V == ∴ρρ 则增加的体积为3120679.0m V V V =-=? 1-4．一封闭容器盛有水或油，在地球上静止时，其单位质量力为若干？当封闭容器从空中自由下落时，其单位质量力又为若干？ [解] 在地球上静止时： g f f f z y x -===；0 自由下落时： 00=+-===g g f f f z y x ； 第二章 流体静力学 2-1．一密闭盛水容器如图所示，U 形测压计液面高于容器内液面h=1.5m ，求容器液面的相对压强。 [解] gh p p a ρ+=0 kPa gh p p p a e 7.145.1807.910000=??==-=∴ρ 2-3．密闭水箱，压力表测得压强为4900Pa 。压力表中心比A 点高0.5m ，A 点在液面下1.5m 。求液面的绝对压强和相对压强。 [解] g p p A ρ5.0+=表 Pa g p g p p A 49008.9100049005.10-=?-=-=-=ρρ表 Pa p p p a 9310098000490000=+-=+=' 2.8绘制题图中AB 面上的压强分布图。 解： 2 B ρgh 2-14．矩形平板闸门AB 一侧挡水。已知长l =2m ，宽b =1m ，形心点水深h c =2m ，倾角α=45 ，闸门上缘A 处设有转轴，忽略闸门自重及门轴摩擦力。试求开启闸门所需拉力。 [解] 作用在闸门上的总压力： N A gh A p P c c 392001228.91000=????=?==ρ 作用点位置：m A y J y y c c c D 946.21245sin 221121 45sin 2 3 =????+=+= m l h y c A 828.12 2 45sin 22sin =-=-= α )(45cos A D y y P l T -=?∴ 《水力学》学习指南 中央广播电视大学水利水电工程专业(专科) 同学们，你们好！这学期我们学习的水力学是水利水电工程专业重要的技术基础课程。通过本课程的学习，要求大家掌握水流运动的基本概念、基本理论和分析方法，；能够分析水利工程中一般的水流现象；学会常见的工程水力计算。 今天直播课堂的任务是给大家进行一个回顾性总结，使同学们在复习水力学时，了解重点和难点，同时全面系统的复习总结课程内容，达到考核要求。 第一章 绪 论 (一)液体的主要物理性质 1．惯性与重力特性：掌握水的密度ρ和容重γ； 2．粘滞性：液体的粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因。 描述液体内部的粘滞力规律的是牛顿内摩擦定律 : 注意牛顿内摩擦定律适用范围：1)牛顿流体， 2)层流运动 3．可压缩性：在研究水击时需要考虑。 4．表面张力特性：进行模型试验时需要考虑。 下面我们介绍水力学的两个基本假设： (二)连续介质和理想液体假设 1．连续介质：液体是由液体质点组成的连续体,可以用连续函数描述液体运动的物理量。 2．理想液体：忽略粘滞性的液体。 （三）作用在液体上的两类作用力 第二章 水静力学 水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。通过静水压强和静水总压力的计算，我们可以求作用在建筑物上的静水荷载。 （一）静水压强： 主要掌握静水压强特性,等压面,水头的概念，以及静水压强的计算和不同表示方法。 1．静水压强的两个特性： （1）静水压强的方向垂直且指向受压面 （2）静水压强的大小仅与该点坐标有关，与受压面方向无关， 2.等压面与连通器原理：在只受重力作用,连通的同种液体内, 等压面是水平面。 (它是静水压强计算和测量的依据） 3．重力作用下静水压强基本公式（水静力学基本公式） p=p 0+γh 或 其中 ： z —位置水头， p/γ—压强水头 （z+p/γ）—测压管水头 请注意，“水头”表示单位重量液体含有的能量。 4．压强的三种表示方法：绝对压强p ′，相对压强p ， 真空度p v , ↑ 它们之间的关系为：p= p ′-p a p v =│p │（当p ＜0时p v 存在）↑ 相对压强:p=γh,可以是正值，也可以是负值。要求掌握绝对压强、相对压强和真空度三者的概念 c p z =+γ dy du μ τ= 第一章 绪论 1-1．20℃的水2.5m 3 ，当温度升至80℃时，其体积增加多少？ [解] 温度变化前后质量守恒，即2211V V ρρ= 又20℃时，水的密度3 1/23.998m kg =ρ 80℃时，水的密度32/83.971m kg =ρ 32 1 125679.2m V V == ∴ρρ 则增加的体积为3 120679.0m V V V =-=? 1-2．当空气温度从0℃增加至20℃时，运动粘度ν增加15%，重度γ减少10%，问此时动力粘度μ增加多少（百分数）？ [解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+== 原原原μρν035.1035.1== 035.0035.1=-=-原 原 原原原μμμμμμ 此时动力粘度μ增加了3.5% 1-3．有一矩形断面的宽渠道，其水流速度分布为μρ/)5.0(002.02 y hy g u -=，式中ρ、μ分别为水的密度和动力粘度，h 为水深。试求m h 5.0=时渠底（y =0）处的切应力。 [解] μρ/)(002.0y h g dy du -= )(002.0y h g dy du -==∴ρμ τ 当h =0.5m ，y =0时 )05.0(807.91000002.0-??=τ Pa 807.9= 1-4．一底面积为45×50cm 2，高为1cm 的木块，质量为5kg ，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，木块运动速度u=1m/s ，油层厚1cm ，斜坡角22.620 （见图示），求油的粘度。 [解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力T 平衡时，等速下滑 y u A T mg d d sin μθ== 001 .0145.04.062 .22sin 8.95sin ????= = δθμu A mg s Pa 1047.0?=μ 1-5．已知液体中流速沿y 方向分布如图示三种情况，试根据牛顿内摩擦定律y u d d μ τ=，定性绘出切应力沿y 方向的分布图。 [解] 1-6．为导线表面红绝缘，将导线从充满绝缘涂料的模具中拉过。已知导线直径0.9mm ，长度20mm ，涂料的粘度μ=0.02Pa ．s 。若导线以速率50m/s 拉过模具，试求所需牵拉力。（1.O1N ） [解] 2 53310024.51020108.014.3m dl A ---?=????==π N A h u F R 01.110024.510 05.05002.053=????==∴--μ 1-7．两平行平板相距0.5mm ，其间充满流体，下板固定，上板在2Pa 的压强作用下以0.25m/s 匀速移动， 求该流体的动力粘度。 [解] 根据牛顿内摩擦定律，得 dy du / τμ= 答案说明 以下答案是由老师自己做出来的，其中的每一题的画图都省略了，希望同学们自己在做题过程中补充上完整的图形。 在答案电子话过程中可能会有一些错误，希望同学们可多提宝贵意见。 第二章作业答案 2-9 10(1.5 1.0)53.9a p p g p kpa ρ=+--= 11151.9abs a p p p kpa =+= 20(1.50.5)58.8a p p g p kpa ρ=+--= 22156.8abs a p p p kpa =+= 1212 6.5p p Z Z m g g ρρ+ =+= 2-11 略 2-12 0(2.50.9)(2.00.9)(2.00.7)(1.80.7)0Hg Hg p g g g g ρρρρ+---+---= 0265p kpa = 2-14 受压面为矩形平面 76.38c P g h k N ρω== 3 4112 c b a J m ?== 289c D c c J y y y ω=+ = 所以，作用点至A 点的距离 10'29 D y y '=-= 根据合力矩守恒 2cos60'84.9o T P y T kN ?=?= 2-18 c P gh ρω= (sin 60)2 146.5o a g H ab kN ρ=-?= sin60(cos60)o o T G G P f =?++? 45.9T kN = 闸门的静水压强分布图为梯形，根据梯形的压力中心距底部距离的计算公式 1212 2()3h h a e h h += + 21sin h H h H a θ ==- 1.13e m = 2-21 仅考虑左侧水： 11144.1x c x P gh kN ρω== （→） 1134.6z P gV kN ρ== （↑） 仅考虑右侧水 22 211.03x c x P g h k N ρω== （←） 2217.32z P gV kN ρ== （↓） 综合两侧水 1233.08x x x P P P kN =-= (→) 1217.32z z z P P P kN =-= （↑） 总压力 37.34P kN == tan Z x P P θ= 2-23 分析上半球 0x P = 232[()]3 Z P gV T n n g R H R R n ρρππ= = =+-水力学考试试题与答案
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