【水力學(xué)】-水務(wù)工程、給水排水工程-《水力學(xué)》試題

PAGEPAGE10成績(jī)水力學(xué)試題（A卷）成績(jī)水務(wù)工程、給水排水工程專業(yè)姓名 學(xué)號(hào) 日期大題大題一二三四五六七成績(jī)一、解釋下列概念（每小題1分，共10分）1、牛頓流體2、恒定流3、渦管4、層流5、當(dāng)量粗糙高度6、邊界層7、卡門渦街8、水擊9、水力最佳斷面10、堰流二、簡(jiǎn)單分析、判斷題（1、2、6每小題3分，其他每小題1分，共20分）1、已知液體中流速沿y方向分布如圖示三種情況，試根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律du，定性繪出切應(yīng)力沿dy y

方向的分布圖。(在原圖上畫)yyyyuuuuuu2(b)(c)平面彎道水流。A受到哪些表面力和質(zhì)量力作用？AAuAAA(a) (b)答：

(c)3、流體靜止?fàn)顟B(tài)是指流體質(zhì)點(diǎn)之間不存在 ，它們之間的相互作用力，都是以 形式表現(xiàn)的。4、水靜力學(xué)基本方程z p 常數(shù)的適用條件是：(1) ，g(2) (3) 。5、如圖所示，容器內(nèi)液體密度1

，容器左側(cè)和底部各連接測(cè)壓管，其中液體密度為 ，試問ABB,CC水平面是否是等壓面？2p0p0CC1BBAA2 2ABDCEFv6ABBCCDABDCEFv3337、如圖所示一矩形微團(tuán)，發(fā)生了abc333角平分線角平分線1 1(a)

3(b)

3(c)8)

變形NSx)

后：1 X

2u(x(

2ux

2u

z)dux01

x2

2 2

t

42 試述方程各項(xiàng)物理意義：（1）項(xiàng)稱 項(xiàng)； （2）項(xiàng)稱 項(xiàng)；（3）項(xiàng)稱 項(xiàng)； （4）項(xiàng)稱 項(xiàng)。9uy

y（1〕三角形分x 布u x

u（2〕矩形分布uh 0 x

c（3ux

ca2

y2

。試比較這三種情況動(dòng)能修正系數(shù)的大小關(guān)系： 。yu0yu0uxhxuxhxyauxx(2)(1) (3)10、管道中紊流運(yùn)動(dòng)，過水?dāng)嗝媪魉俜植挤希?。（a）均勻分布 （b）直線變化規(guī)律（c）拋物線規(guī)律 （d）對(duì)數(shù)曲線規(guī)律11、圖示三種虹吸管流動(dòng)，H，管徑d，管長(zhǎng)i，管道布置及管材、管道進(jìn)口(1)淹沒出流出=1，

v2/2g0，22(3)淹沒出流出=1，

v2/2g0。試比較這三種情況下管道泄流量的大小。22（（1Q1

( )Q2

（2Q2

( )Q。3QQ1Q2Q3HHH22222v2212底寬與水深均為a的明渠和每邊長(zhǎng)為a的正方形管沿程阻力系數(shù)相同，水力坡度相同，比較其流量為（ 。aa(1)Q1=Q2， (2)Q1>Q2， (3)Q1<Q2。aaaa13、在并聯(lián)管道上，因?yàn)榱髁坎煌?，所以雖然各單位重量流_ _ aa相同，但通過各管的水流所損失_ _ 卻不相同。(a)總機(jī)械能； (b)粘滯力； (c)測(cè)壓管水頭線； (d)水頭損失。14、漸擴(kuò)管 （填“能”或“不能發(fā)生附面層分離現(xiàn)象，漸縮管中 （填“能”或“不能）發(fā)生附面層分離現(xiàn)象。三、簡(jiǎn)單敘述（每小題6分，共18分）1隨溫度升高而增加。p u2 p u22、說明實(shí)際流體元流伯諾里方程z 11 z 22 h'

的物理意1 2g 2 2g w義與幾何意義。3、下圖為尼古拉茲圓管阻力試驗(yàn)結(jié)果，其中為阻力系數(shù)，Re為雷諾數(shù)。（1ab（2cd（3ef（4l1l2ef與哪些因素有關(guān)？λae1cl2b d f 四、繪圖表示（每小題5分，共10分）1、試?yán)L出壁面ABC上的相對(duì)壓強(qiáng)分布圖，并注明大小。p0空氣p0空氣h1h2C2、有一等直徑的虹吸管：（1）試定性畫出當(dāng)通過實(shí)際水流時(shí)的總水頭線和測(cè)管水頭線；（2）在圖上標(biāo)出可能產(chǎn)生的負(fù)壓區(qū)；（3）在圖上標(biāo)出真空值最大的斷面。ddH五、證明下列各題（每小題6分，共12分）1、對(duì)于空間不可壓縮液體，流動(dòng)ux存在？

x2xyy2，uy

x2y2z

0是否2P與液體的（gQ，泵的揚(yáng)HP的表達(dá)式。六、綜合計(jì)算題（1小題5分，2小題10分，3每小題15分，共30分）1a=3mb=2mh=1m，求作用在閘門上的靜水總壓力，以及作用點(diǎn)。參考：yD

y C

Ic 。yAc2、管道系統(tǒng)如圖所示，管長(zhǎng)l1=l2=40m，直徑d1=40mm，d2=80mm，兩水箱水面高差H=20m，沿程阻力系數(shù)1

0.04,2

0.035，局部阻力系數(shù)進(jìn)口0.5彎0.2，其他阻力系數(shù)自定，試求流量。HHd1l1λ23d=100mmD=400mmQ=0.4m3/s，水流噴入大氣中。不計(jì)通過噴嘴的水頭損失，求作用于螺栓群上的水平總力的大小1.01.0。12 dQD21環(huán)境水力學(xué)水庫(kù)的污染指標(biāo)：化學(xué)需氧量、總磷和五日生化需氧量。海域的污染指標(biāo)：無機(jī)氮和活性磷酸鹽。有哪些為特為河口區(qū)“避” 能舉例。三種凈化：物理凈化：稀釋、擴(kuò)散、沉積化學(xué)凈化：氧化分解、凝聚（懸浮物沉淀，淤泥吸附）生物凈化：微生物的氧化分解相互關(guān)系：交織在一起。外來物質(zhì)；對(duì)環(huán)境造成非預(yù)期的影響，或影響資源的質(zhì)量外來物質(zhì)進(jìn)入水體、且造成了水質(zhì)的破壞污染分類： Pointsource(點(diǎn)源)；Nonpointsource 瞬時(shí)源、持續(xù)源（恒定、非恒定） III 毒？有機(jī)？金屬？放射性？細(xì)菌？熱?污染物分類：無毒有機(jī)物 (降解消耗溶解氧 水體富營(yíng)養(yǎng)化)無毒無機(jī)物 (鹽水入侵)有毒有機(jī)物 (農(nóng)藥/化工產(chǎn)品 難分解 在生物體累計(jì))有毒無機(jī)物 (劇毒無機(jī)鹽，氧化分解)重金屬(微量即有毒)放射性物質(zhì)(各種射線，危害顯然)細(xì)菌(動(dòng)物排泄物)熱污染(熱廢水-破壞水生生物生態(tài)環(huán)境)濃度（描述水體污染程度的指標(biāo)）定義為：在單位體積的水中含有的污染物質(zhì)量常用單位（mg/l、ppm）S稀釋度樣品總體積與樣品中所含污水體積之比、相對(duì)濃度：P=1/S，樣品內(nèi)的污水體積率分子擴(kuò)散、隨流輸運(yùn)、紊動(dòng)擴(kuò)散、剪切擴(kuò)散的定義與區(qū)別。分子擴(kuò)散：分子的布朗運(yùn)動(dòng)引起的物質(zhì)遷移。污染物由于分子擴(kuò)散作用，在單位時(shí)間內(nèi)按一定方向通過一定面積的污染物質(zhì)量與該方向的濃度梯度成正比。條件：物質(zhì)有濃度梯度，從濃度高向濃度低的地方移動(dòng)。特點(diǎn)：分子擴(kuò)散與溫度和壓力也有一定的關(guān)系；分子擴(kuò)散不可逆隨流輸運(yùn)：含有物質(zhì)隨水流質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)而產(chǎn)生的遷移。條件：紊態(tài)水流特點(diǎn)：紊動(dòng)擴(kuò)散強(qiáng)弱與水流旋渦運(yùn)動(dòng)有關(guān)。紊動(dòng)能夠傳遞物質(zhì)與其能夠傳遞能量和動(dòng)量的原理類似。剪切分散：由于流速在空間分布的不均勻，導(dǎo)致污染物質(zhì)點(diǎn)之間相對(duì)位置的變化，從而導(dǎo)致的污染物在空間的重新分配！剪切分散本質(zhì)上是一種隨流輸運(yùn)!c分子擴(kuò)散系數(shù)的估算：12、矩法單位m

2/s

qDxEyy *Eyy *uh如果能求得k和e能求解，從而知道我們的紊動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)?？v向紊動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)K=5.86u*h剪切離散系數(shù)的估算：理解下面這段話：1：理論推導(dǎo)2K=5.93hu*（hu*為剪切流速）方法3；矩法v2221K 2tt2t t12 1 （時(shí)間二次矩，第一種矩法是空間二次矩）對(duì)圓管層流的縱向分散系數(shù)（4.24-2-3）的理解—單純記憶無效，只有理解才能正確答題！方程4-2-1中：瞬時(shí)值u，c等于時(shí)均值—層流；無紊動(dòng)擴(kuò)散；D為分子擴(kuò)散系數(shù)。4-2-1c=cb+Cm;u=ub+V4-2-1經(jīng)過一番推導(dǎo)到了4-2-5。對(duì)方程4-2-5的理解極為重要。請(qǐng)看，該方程有左右兩項(xiàng)。b00右端：分子擴(kuò)散導(dǎo)致的在橫截面上的污染物通量度=0；位置保持不變；污染物柱體向圓管下游整體保持移動(dòng)。（即剪切分散。由于縱向剪切分散，橫截面上出現(xiàn)污染物梯度出4-2-524-2-5cb向上的解析表達(dá)式。cbK幸運(yùn)的是，對(duì)于圓管層流，我們知道其速度在橫向分布，即方程4-2-9。于是，通過推導(dǎo)，能最終得到方程4-2-13，即圓管層流條件下縱向分散系數(shù)K的理論表達(dá)式。c

uc

Dx

c

Dy

c

Dz

cSt x y z x

x

y

y

z

z的證明推導(dǎo)過程。各項(xiàng)物理意義。各個(gè)局部的物理意義。適應(yīng)范圍：所有水流UCEX、EY、EZ為何書本上沒有S?如何使之出現(xiàn)。上式為何沒有剪切分散項(xiàng)，如何使之出現(xiàn)。zbhuc zbh zh z dz ucdz( b )uc ( b)uc x x

zh x zz z b zbh

b b zh z u)(Cc)dz( b

)(uc) (

b)(uc)bxbzbbb

b b

z h x zzbh

zh z uCUcuc)dz( b

)(uc) (

b)(uc)bxbzb

b b bb

z h x zbhUC b

zh

zh z x x

(ucbb

)dz( bx

zh

( b)(uc)x zb bzb一般假設(shè)：

1zbhuch bbz

dzKx

CC。b理解：x=0x=L把這個(gè)空間，劃分成Ndx；則dx=L/N；控i，i=1,2,3，NiiABii+-*/數(shù)學(xué)表達(dá)式欲計(jì)算i控制體未來時(shí)刻濃度的值（即 ，上式中其他變量必須為已知。這就叫做：i控制體未來時(shí)刻的值的解能定下來。稱之為定解條件；包括如下幾個(gè)部分。dtdxD+E+K必須知道—可以用經(jīng)驗(yàn)公式算，稱之為閉合經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式—后面有專門章節(jié)介紹。Ci+1Ci-1Cit(UC)A和(UC)B必須知道—這等同于邊界條件；但這里由于有初始A點(diǎn)和BA點(diǎn)等于i和1控制體的平均值；B點(diǎn)等于i和i+1控制體的平均值。因此，就i控制體而言，不需要額外增加條件。1（EF）ti的A點(diǎn)那樣確定嗎？答案是否定的！這個(gè)時(shí)候，就需要提供邊界條件！我們稱之為進(jìn)口邊界條件（一般把左邊成為進(jìn)口）類似的，我們?cè)贜號(hào)控制體，也需要提供邊界條件，我們稱之為出口邊界條件（一般把右邊稱之為出口）定解條件：初始條件：計(jì)算區(qū)域（或關(guān)心的區(qū)域）污染物濃度在初始時(shí)刻的分布情況進(jìn)口邊界條件：計(jì)算區(qū)域邊界污染物濃度隨時(shí)間變化的過程；或從邊界進(jìn)入計(jì)算區(qū)域的污染物通量隨時(shí)間變化的過程出口邊界條件：閉合經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：為計(jì)算DEK等擴(kuò)散或分散系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式CT給定點(diǎn)源處污染物投放率的解析解。有限空間的像源法及實(shí)施。多維空間乘積法則及實(shí)施{二維等價(jià)于無限長(zhǎng)瞬時(shí)線源三維、等強(qiáng)度點(diǎn)源三