巖土工程師考試流體力學(xué)模擬題三

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、1kN/m2b、2kN/m2c、5kN/m2d、10kN/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、1.54mb、2.0mc、2.45md、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)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λL=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，λQ=1000；c、1米，λQ=100000；2、判斷題：（每小題

b、10米，λQ=100；d、10米，λQ=100000。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)。誤 ）

（錯(cuò)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。）答案：錯(cuò)誤7）矩形斷面水力最佳斷面的寬深比β=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2～4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2

100kN/m2，則該點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為2kN/m，真空度為 不存在 。（3）只受重力作用，靜止液體中的等壓面是。（4）實(shí)際液體在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生水頭損失的兩個(gè)主要原因是粘滯性和邊界的影響 。（5）水流在明渠中的流態(tài)為緩流時(shí)，其水深 h1。

水平面

答案：液體存在hk，弗汝德數(shù)Fr（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。（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Ts Tr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的共軛水深h’’tt為下游河道的水深，填寫、、ch(h符號(hào))答案：填寫、、符號(hào)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λL=25，當(dāng)模型中某點(diǎn)的流速為vm，則原型中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的流速為p=4m/s=o.8m/svm/s。4、問答題：（每小題3～4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) λ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 λ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)，λ僅是Re的函數(shù)；在紊流光滑區(qū)λ=f1（Re）；過渡區(qū)λ=f2（Re， ）；粗糙區(qū)λ=f3（ ），紊流粗糙區(qū)又稱為阻力平方區(qū)。R R（4）為什么舍齊公式v C Ri 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？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總水頭線測(cè)壓管水頭線v0=0解：（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)。

(各渠 段 均 充 分 長(zhǎng) ， 各 段 糙 率 相

同

)Ki1<iK2KKi<ii3>iK緩流緩流N1a1Kb1N1i1<iKN3b2急流i2<iKKi3>iKN3(5分)6、計(jì)算題：（1）圖示一跨河倒虹吸管，正方形斷面面積為 A=0.64m2，長(zhǎng)l=50m，兩個(gè)30。折角、進(jìn)口和出口的局部水頭損失系數(shù)分別為 ζ1=0.2，ζ2=0.5，3=1.0，沿程水力摩擦系數(shù)λ=0.024，上下游水位差H=3m。求通過的流量Q?（10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Hhw(l)v2(5分)4R2g計(jì)算方形管道斷面的水力半徑和局部水頭損失系數(shù)RA0.220.51.01.90.2m,將參數(shù)代入上式計(jì)算，可以求解得到v4.16m/s,QvA2.662m3/s(5分)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=5.5m。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=4.9N cm2。如用手握住噴嘴，需要多大的水平力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2—2的能量方程H00v22(5分)000.52g求得噴嘴出口流速和流量為v22g59.9msQv2A20.000314m3(1.5分)s橡膠管道內(nèi)的流速為Qm(1分)v3A30.706s對(duì)于噴嘴建立x方向的動(dòng)量方程p3A3RQ(v2xv3x)Rp3A3Q(v2v3)187.79N(6.5分)水流對(duì)噴嘴沖擊力為RR即為手握噴嘴所需之力。(1分)（3）有一梯形渠道，底寬b=10m，水深h=3m，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 mh2 39m2 (1.5分)濕周x2h18.49m(1.5分)b21m水力半徑RA(1分)2.11mx舍齊系數(shù) C 1Rn

11(2分)680.90m2/s通過的流量 Q=AC(Ri)0.5=144.93m3/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：(12分)1）壩下游是否發(fā)生水躍？（4分）2）如發(fā)生水躍，屬于何種形式的水躍？（4分）3)是否需要修建消能工？若需要修建消能工，估算消力池深。（4分）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=14.72m3/sm3q2314.722hkg2.81m9.8因?yàn)槭湛s斷面水深hck為急流，下游水深tk為緩流，=1.1mhh=4.7mh所以溢流壩下游必定發(fā)生水躍。"2）計(jì)算收縮斷面處水深 hc的共軛水深hc"hc(18q231)hc＝2ghc1.114.722＝2(189.81.131)＝5.81m因?yàn)?hc" ht，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。估算消力池深d，取水躍淹沒系數(shù)j＝1.05則池深約為d=jc"t5.81–4.7=1.40mh-h=1.05一、判斷題 (對(duì)的打“√”，錯(cuò)的打“×”，每題2分，共20分）液體的粘度隨溫度的升高而降低，隨壓力的升高而增大。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、y、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5x4y3z0。4.流線和跡線實(shí)質(zhì)是一回事。5.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)(Wpu2)的值在任一點(diǎn)上保持2不變。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。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。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)。串聯(lián)管路的總水頭等于各管段水頭損失之和。二、選擇題（10分）p v1．伯努利方程中 z2g

2表示A．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) B．僅適用于粘性流體的流動(dòng)C．理想流體與粘性流體的流動(dòng)均適用 D．僅適用于紊流3．流體在管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)，其沿程損失 hf值與斷面平均流速 v的__________次方成正比。A．1 B．1.75 C．1.75~2 D．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d 150mm的圓柱，固定不動(dòng)。內(nèi)徑為151.24mm的圓筒，同心地套在圓柱之外。二者的長(zhǎng)度均為l250mm。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T9.091Nm。求甘油的動(dòng)力粘性系