中央广播电视大学土木工程专业专升本

1中央广播电视大学土 木 工 程 专 业 （ 专 升 本 ）流体力学课 程 考核说明一 、 课 程 的 性 质 与 任 务流体力学是中央广播电视大学“开放教育试点”工学科土建类土木工程专业的一门公共必修课程。该课程的主要任务是使学生掌握流体（水流）运动的一般规律和有关的基本概念、基本原理、基本方法和一定的试验技能，注意培养学生发现和解决问题的能力，为学习专业课程、从事专业技术工作或进行科学研究打下基础。二 、 关 于 课 程 考 核 的 有 关 说 明1、考核对象本课程考核对象为中央广播电视大学“开放教育试点”工学科土建类土木工程专业（专升本）的学生。2、考核方式本课程采用形成性考核和终结性考核（期末考试）相结合的考核方式，满分为 100 分，及格为 60 分。其中期末终结性考试成绩满分为 100 分，占考核总成绩的 80%；形成性考核即平时作业考核成绩占考核总成绩的 20%。中央电大统一组织编写形成性考核册。形成性考核册由 4 次形成性考核作业组成。形成性考核册由辅导老师按完成的质量评分，每次形成性考核以百分计。学员形成性考核完成情况由中央电大和省电大分阶段检查。期末考试由中央电大统一命题，统一组织考试。3、命题依据本课程命题是依据 2001 年 12 月审定通过并下发执行的开放教育试点土木工程专业流体力学课程教学大纲和为本专业编写的多种媒体教材，包括：文字教材： 由高学平教授主编的流体力学 ；录像教材：由张效先副教授主讲的录像教材，共计 12 讲；以及 IP 课程（共 20 讲）和 CAI 课件。本考核说明是考试命题的基本依据。4、考试要求本课程考试着重考核学生对流体力学基本概念、基本原理和基本方法的掌握情况，以及计算能力。本考核说明对各章内容规定了考核知识点和考核要求，考试按了解、理解和掌握三个层次提出学生应达到的考核标准。“了解”是最低层次的要求，凡是属于需要了解的知识点，要求对它们的概念有基本的了解。“理解”是较高层次的要求，对流体力学基本概念，水流运动现象和基本原理的有关知识点，在理解的基础上要对相关问题能进行分析和判断并得出正确的结论。“掌握”是最高层次，凡是需要掌握的知识点，要求学生能运用所学的知识和方法正确地分析水流运动并进行实际工程的水力计算，这是学习流体力学最终目标，并将在今后专业课学习和工作中经常用到。25、命题原则（1）命题范围：在本课程教学大纲和考核说明所规定的内容和要求范围内命题，不得任意扩大和缩小考试范围。（2）试题的组成与覆盖面：命题应注意知识的覆盖面，同时要突出重点。试题的题量和难易程度要适当，其难易度分为容易、中等和较难三个层次，它们的组成比例约为30:50:20。（3）试题中各种能力层次的试题题量比例为：了解10%，理解 2030%，掌握 6070%。6、试题类型和结构（1）形成性考核：试题类型为名词解释、填空题、选择题、判断题、简答题和计算题。（2）终结性考核：试题类型为基本概念题（选择题、判断题、简答题） ，约占 40%50%；应用题（计算题、作图题） ，约占 60%50% 。7、答题时限：期末考试采取笔试的形式，时间为 90 分钟。8、其它说明：学员参加考试应带钢笔、签字笔、铅笔、三角板或直尺、橡皮和计算器。三、课程考核的内容和要求第 1 章 绪论考核知识点：1. 连续介质和理想液体的概念。2. 流体的主要物理力学性质。牛顿内摩擦定律。3. 物理量的基本量纲、基本单位及导出量的单位。4. 作用在液体上的力：质量力、表面力。考核要求1. 理解连续介质与理想流体的概念和在流体力学研究中的意义。2. 理解流体的主要物理力学性质，重点掌握流体粘滞性、牛顿内摩擦定律及其适用条件。3. 掌握物理量的基本量纲、基本单位及导出量的单位。4. 理解质量力、表面力的定义，掌握其表示方法。第 2 章 流体静力学考核知识点1.静压强及其两个特性，等压面概念。2.静压强基本公式及其物理意义。3.压强的计量基准和表示方法。4.点压强的计算。静压强分布图。5.作用于平面上静水总压力的计算。6.作用在曲面上静水总压力的计算。考核要求1.理解静压强的两个特性和等压面的概念。2.掌握静压强基本公式，理解该公式表达的物理意义。3.理解绝对压强和相对压强，以及绝对压强、相对压强、真空压强之间的相互关系，理解3位置水头、压强水头、测压管水头的概念。4.了解静压强量测原理和方法，掌握点静压强的计算。5.掌握静压强分布图的绘制。6.掌握作用在矩形平面上静水总压力的计算，包括图解法和解析法。7.掌握压力体图的绘制和作用在曲面上的静水总压力的计算方法。第 3 章 流体运动学考核知识点1.描述流体运动的两种方法：拉格朗日法和欧拉法。质点加速度的欧拉表示法。2.流体运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，有压流与无压流，流线与迹线，元流，总流，过流断面，流量，断面平均流速，一维流动、二维流动和三维流动。3.恒定总流连续性方程。二维、三维流动连续性微分方程的表达式。4.有旋流和无旋流，流函数与势函数，等势线与流线。考核要求 1.了解描述流体运动的拉格朗日方法和欧拉法。2.理解流体运动的分类和基本概念，并能在分析水流动时进行正确判断和应用。3.熟练掌握恒定总流连续性方程的形式和应用。会利用连续性微分方程判断流动的连续性。4.理解有旋流和无旋流，掌握其判别方法。第 4 章 流体动力学基础考核知识点1.恒定总流能量方程。2.恒定总流动量方程。考核要求 1.掌握恒定总流能量方程、应用条件和注意事项，理解能量方程的物理意义、测压管水头线、总水头线图示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。2.掌握恒定总流动量方程、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求解实际工程中的水流问题。3.熟练掌握恒定总流动量方程、能量方程和连续方程的联合运用。第 5 章 流动阻力和能量损失考核知识点1.流体运动的两种型态（层流、紊流）和判别方法，雷诺数 Re 的表达式及物理意义。2.均匀流边界切应力方程和切应力分布规律，沿程水头损失计算公式达西公式。3.流动阻力和能量损失。4.圆管均匀层流的流速分布和沿程水头损失。5.尼古拉兹实验和沿程阻力系数 的变化规律。46.计算沿程水头损失的经验公式谢才、曼宁公式。7.局部水头损失计算。考核要求1.理解雷诺数的物理意义，掌握液体流动的两种流态（层流、紊流）和判别标准。2.熟练掌握计算沿程水头损失的达西公式。3.理解流动阻力与能量损失的分类和产生的原因。4.理解圆管均匀层流的流速分布规律，掌握层流沿程阻力系数 。5.了解紊流流速分布与层流分布的区别和原因。6.掌握尼古拉兹实验中沿程阻力系数 的变化规律，掌握确定 值的方法。7.掌握谢才公式和曼宁公式。8.能正确选择局部水头损失系数，掌握局部水头损失计算。第 6 章 孔口、管嘴及有压管流考核知识点1.孔口、管嘴出流的有关概念及计算。2.管路的分类：短管与长管的概念、简单管路、串联、并联的计算原则。3.短管的水力计算和水头线的绘制。4.枝状管网的水力计算。5.水击现象。考核要求1.理解孔口、管嘴出流的有关概念，掌握其水力计算。2.了解管路的分类，了解短管与长管的概念。3.掌握短管与长管水力计算方法和水头线的绘制，掌握虹吸管、倒虹吸、水泵安装等典型管路水力计算的方法。4.了解水击现象、水击传播特征和分类。第 7 章 明渠恒定流考核知识点：1.明渠水流分类和特征，明渠过流断面的水力要素。2.明渠均匀流：明渠均匀流特征和形成条件，明渠均匀流公式，谢齐系数 C 和糙率 n，水力最优断面，允许流速。3.明渠均匀流水力计算。 ，RiACQ4.明渠水流的流态（缓流、临界流、急流）和判别标准，佛汝德数 Fr。5.断面单位能量 Es，临界水深 hk 和临界底坡 ik。6.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计算。7.明渠恒定非均匀渐变流微分方程和棱柱体明渠水面曲线定性分析。8.明渠恒定非均匀渐变流水面曲线计算（分段求和法） 。考核要求1.了解明渠的分类和特征，掌握明渠矩形、梯形断面的水力要素。理解棱柱体渠道的概念。iv52.理解明渠均匀流的特征和形成条件，熟练掌握均匀流计算公式。理解糙率 n 和允许流速在明渠水力计算中的作用和确定方法，理解梯形明渠水力最优断面的概念。3.掌握明渠均匀流水力计算。4.掌握明渠急流、缓流、临界流的特征和判别方法（用临界水深 hk、 、临界底坡 ik、 、佛汝德数 Fr） 。5.理解断面比能 Es 的概念，理解断面比能函数曲线的特征。掌握临界水深 hk 的定义，会进行临界水深计算，特别掌握矩形断面渠道临界水深计算公式。6.理解水跃和跌水现象的流动特征，了解水跃方程。掌握平坡矩形断面渠道水跃共轭水深计算。了解水跃能量损失和跃长的计算。7.了解明渠恒定非均匀渐变流微分方程，掌握棱柱体明渠恒定渐变流水面曲线的分类、分区和变化规律，能正确进行水面线定性分析。8.掌握明渠恒定非均匀流水面曲线的分段求和法。第 8 章 堰流与闸孔出流考核知识点1.堰流的水流特性和分类，薄壁堰、宽顶堰、实用堰。2.堰流水力计算：薄壁堰水力计算，宽顶堰水力计算（自由出流与淹没出流） 。3.桥涵水力计算。考核要求1.了解堰流与闸孔出流的流动特性，掌握堰流分类的判别标准、堰流与闸孔出流的判别。2.了解薄壁堰水力计算。3.掌握宽顶堰水力计算，掌握淹没式宽顶堰形成的条件。4.掌握小桥过流水力特征和小桥孔径的计算方法。第 9 章 渗 流考核知识点1.渗流的基本概念与渗流模型。2.渗流基本定律：达西公式、渗透系数。3.裘皮幼（dupuit）公式，恒定非均匀渐变渗流浸润线分析。4.集水廊道、大口井、普通井和井群水力计算。考核要求1.理解渗流模型的概念和建立的条件。2.掌握渗流基本定律及其适用范围，了解渗透系数确定方法。3.理解裘皮幼公式与达西公式的区别，掌握渐变渗流过流断面流速分布规律。了解浸润线的特点和分析方法。4.掌握集水廊道、大口井、普通井和井群水力计算方法。第 10 章 量纲分析和相似原理6考核知识点：1.量纲分析法2.相似原理3.相似准则，重力相似准则，粘性力相似准则。考核要求1. 理解相似原理，掌握几何相似、运动相似、动力相似的概念。2. 理解相似准则，掌握重力相似准则和粘性力相似准则。3. 掌握相似准则选择的方法，能把模型中量测的各种参数换算到原型。四、试题类型及规范解答举例本试题范例仅说明主要的考题类型和试题的难易程度，并不构组成一套试卷。考试范围请参见前面的有关说明和内容要求。一、选择题（每题约 2 分）1流体运动的连续性方程是根据（ ）原理导出的。（1）动量守恒 （2） 质量守恒（3）能量守恒 （4） 力的平衡 答案：（2）2判断层流和紊流的临界雷诺数是（1）上临界雷诺数 （2）下临界雷诺数（3）上下临界雷诺数代数平均 （4） 上下临界雷诺数几何平均 答案：（2）3圆管的水力半径为（1） （2）d3d（3） （4） 4答案：（3）二、判断题（每题约 2 分）1实际流体在等直径长管中流动时的总水头线是水平的直线。 （ ） 答案：错误2流体内切应力方向与流体运动方向相同。 （ ） 答案：错误3等压面与质量力垂直。 （ ） 答案：正确4阻力平方区内阻力系数与雷诺数无关。 （ ） 答案：正确三、简答题（每题约 5 分）1 流体力学中连续介质假定的含义是什么？。答案：流体是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，为空间坐标和时间的连续函数。2 描述流体运动的两种方法是什么？简述其内容。答案：（1）拉格朗日法：以流体质点为研究对象，研究质点空间位置随时间的变化过程。（2）欧拉法：以流体空间位置的质点为研究对象，研究在确定位置上，流体质点速度随时间7= ghp1 2a12r CDABPz的变化过程。3简述尼古拉兹实验中沿程阻力系数 的变化规律。答案：通过尼古拉兹实验发现：在层流中 仅是雷诺数 Re 的函数并与 Re 成反比；在层流到紊流过渡区， 仅是 Re 的函数；在紊流光滑区 =f 1（Re） ，过渡区 =f 2（Re， ） ，粗糙区 =f 3（ ） ，紊流粗糙区又称阻力平方区。4.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。四、作图题（每题约 5 分）1.（5 分）画出图中受压面上的静水压强分布图图形 3 分标出压力值 2 分2.（5 分）画出曲面上的压力体图，并标出垂直压力的方向。图形 3 分压力体方向 2 分五、计算题（每题 715 分）1.（10 分）如图所示的文丘里流量计。若 ，断面 1-1 和断面 2-2 水mdd10 2021,银比压计内汞柱高差 ，当通过文丘里的介质是水，求其流量。cmh18（ 不计能量损失， ）,/360 ,/1033kgkg汞水 221/81.9 ,sgRR8解： 以 3-3 为基准面，列 1-1、2-2 过流断面的能量方程， ，不计能量损失：121（1） （3 分）gvpzgvpz2211 根据连续性方程 ，得 （2） （2 分）21A1d 3-3 等压面上左端 （3） 13gzp3-3 等压面上右端 （4）)(22h汞由（3）和（4）得（5） （3 分） 把（2） 、 （5）代入（1）中（2 分）/s)(054721(0.)433121 mvdQ2.（10 分）如图为一溢流坝上的弧形闸门。已知：R10m，闸门宽 b=8m，=30。求作用在该弧形闸门上的静水总压力的大小和方向。解：水平分力s)/(72.1.26.318.0924411 mghv 汞 )p(-)()( 21gzzh汞9铅直投影面如图， ，2403sin8mRbHAx hc 5.6230sin4 ，方向向右。 （4 分）KNgPxcx 248.891 铅直分力压力体如图， bAVacdebceabcde=扇形面积 ode三角形面积 ocd 4.52m 2cdeA 30cosRsin21360R22.5)30cos(4mRabce 892.6.5d，方向向上。 （4 分）KNgVPz 6.74.1总压力（1 分）KN2632x作用力的方向合力指向曲面，其作用线与水平方向的夹角 。9.6)2548.7()(11tgPtxz（1 分）3.（7 分）图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积 A=0.64 m2，长 l=50 m，两个 30。 折角、进口和出口的局部水头 损失系数分别为 1=0.3， 2=0.5， 3=1.0，沿程水头损失系数 =0.02，上下游水位差 H=2m。求通过的流量 Q。解： （2 分）gvRlhHw)4(（2 分） 7.1 ,m.08.6xA1