简答(精简版).doc

第二章静力学1.什么是等压面？等压面有什么性质？压强相等的点组成的面。性质：1）等压面与质量力正交。2）质量力只有重力作用的流体的等压面是水平面。3）等压面就是等势面。4）自由液面和液体和液体的交界面是等压面。2.什么是绝对压强，什么是相对压强？绝对压强是以绝对真空为基准的压强，相对压强是以当地大气压强为基准的压强。3.压力体的构成是什么?如何确定实压力体和虚压力体?压力体的构成1）曲面本身。2）自由液面或自由液面的延长面。3）曲面边缘向自由液面或自由液面的延长面所引的垂面。确定实、虚压力体压力体与曲面本身相接处的部分如果有液体存在就是实压力体，压力方向向下；否则为需压力体，压力方向向上。第三章动力学1.什么是迹线？什么是流线？流线有什么性质？迹线：流体质点经过的轨迹线。流线：某一瞬时流场中的一簇光滑曲线，位于曲线上的流体质点的速度方向与曲线的切线方向一致。性质：1） 流线不能相交也不能是折线。2） 流线疏的地方速度小，流线密的地方速度大。3） 恒定流时，流线和迹线重合。4） 固体边界附近的流线与固体边界重合。2.均匀流具有的特征是什么？过水断面为平面，过水断面形状、尺寸沿程不变；同一流线上的流速相等，流速分布相同，平均流速相同；过流断面上动水压强按静水压强分布3.“恒定流与非恒定流”，“均匀流与非均匀流”，“渐变流与急变流”是如何定义的？(1)液体运动时，若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。若任何空间点上所有的运动要素随时间发生了变化，这种水流称为非恒定流。(2)在恒定流中，液流同一流线上液体质点流速的大小和方向均沿程不变地流动，称为均匀流。当流线上各质点的运动要素沿程发生变化，流线不是彼此平行的直线时，称为非均匀流。(3)流线接近于平行直线的流动称为渐变流，流线的曲率较大，流线之间的夹角也较大的流动，称为急变流。4.试用能量方程解释飞机的升力是如何产生的。 答：飞机机翼呈上凸下凹状，当空气流经机翼时，其上侧流速较大，压力较小；下侧流速较小压力较大，从而在机翼上下产生了一个压力差，此即为飞机的升力。5.用伯努利能量方程解释为什么在炎热的夏天，当火车开动后，车厢里顿时会有风从车厢两侧吹进？答：当火车开动后，车厢内的空气获得一定的流速，该流速远大于火车周围的空气流速。由伯努利方程6.总流能量方程的物理意义是什么？试说明方程中各项的物理意义？答：总流的能量方程表述为：它的物理意义是：水流只能从总机械能大的地方流向总机械能小的地方。各项物理意义如下：z总流过水断面上单位重量液体所具有的位能，简称为单位位能；总流过水断面上单位重量液体所具有的压能，简称为单位压能；总流过水断面上单位重量液体所具有的平均势能，简称为单位势能；总流过水断面上单位重量液体所具有的平均动能； 总流过水断面上单位重量液体所具有的总能量，即总机械能；7.用流体力学原理说明为什么当火车进站时，人们需稍微远离站台边缘。答案提示：（1）所用知识点：伯努利方程（2）火车进站时具有相当快的速度，越靠近车体的空气的流速越大，压强就越小；（3）人身体前后产生较大的指向列车的压力差8.试用能量方程解释在闷热无风的夏天，当火车运行时，风会从两侧的车窗徐徐吹进。答：但火车运行时，车厢附近的空气由于粘性的作用，会跟随车厢一道运动，且越靠近车厢，空气的速度越大。这样，由能量方程可知，越靠近车厢处，空气的压强就越小。从而产生了一个指向车厢的压力差。在此压差的作用下，空气就经由车窗被吹进了车厢内。第四章能量损失1.什么是水力半径？什么是湿周？圆管的水力半径与直径什么关系？湿周：过流断面与固体边界相接处的周界线。水力半径：过流断面与湿周的比。圆管水力半径是直径的四分之一。2.什么是层流？什么是湍流？怎么判断层流和湍流？层流和湍流的沿程损失和速度什么关系？层流：当流速较小时，流层与流层之间互不干扰，互不掺混。湍流：当流速较大时，流层与流层之间相互掺混，流体质点的流动处于完全无规则的乱流状态。区分层流和湍流的是雷诺数，雷诺数大于2000属于湍流，雷诺数小于等于2000属于层流。层流时沿程损失与速度的一次放成正比，湍流时沿程损失与速度的1.75至2此方成正比。3.输水管的流量，水温一定，随管径增大，雷诺数如何变化？为什么？答：流量、水温一定时，随管径增大，雷诺数变小。由雷诺数的表达式，在流量、水温一定的条件下，均不变，雷诺属于管径成反比，随着管径d的增大，雷诺数变小。第五章管路及孔口管嘴1.什么是长管？什么是短管？举例说明用长管短管计算的装置。短管：管路中流速水头和局部水头与沿程水头相比不能忽略的管道。长管：局部水头和流速水头之和远小于沿程水头，一般局部水头和速度水头之和小于沿程水头的5%，在计算中可以忽略的管道。虹吸管用短管计算。并联或串联管道用长管计算。2.为什么要考虑水泵和虹吸管的安装高度？提示：虹吸管和水泵的吸水管内都存在负压。当安装高度较高时，虹吸管的最高处和水泵的进口的压强可能小于水的汽化压强，在那里水将变成蒸汽，破坏了水流的连续性，导致水流运动中断。因此在进行虹吸管和水泵的设计时必须考虑它们的安装高度3.什么是并联管路？它有哪些特点？ 答：具有相同节点的管段组成的管路称为并联管路。特点：（1）流量叠加：并联节点上的总流量为各支管中流量之和，即；（2）并联各支管上的阻力损失相等，即。（1分）（3）总的阻抗平方根的倒数等于各支管阻抗平方根倒数之和，即4.孔口管嘴出流怎么区分？当水深和孔径大小相同时，流量和流速有什么不同？答：当容器壁厚度小于孔径的二分之一时叫做薄壁孔口出流；当容器壁厚度大于孔径的二分之一时或者外接管路时按照管嘴出流进行计算。当水深和孔径大小相同时，孔口出流的流量小于管嘴出流的流量，孔口出流的流速大于管嘴出流的流量。5.什么是水击？减小水击压强的措施有那些？答：压力管道中，由于管中流速突然变化，引起管中压强急剧增高（或降低），从而使管道断面上发生压强交替升降的现象，称为水击。工程上常常采取以下措施来减小水击压强：（一）延长阀门（或导叶）的启闭时间T（二）缩短压力水管的长度（三）修建调压室（四）减小压力管道中的水流流速v0第六章绕流1.势函数有哪些性质？流函数有哪些性质？势函数：1） 无旋必等势。2） 速度在某一方向的分量等于速度势函数在这个方向的偏导数。3） 速度势函数是一个调和函数。4） 任意曲线上的速度环量等于曲线两端点上速度势函数 值之差。而与曲线的形状无关5） 等势面与流线垂直。流函数:1） 不可压缩流体平面流动，流函数永远满足连续性方程。2） 对于不可压缩流体的平面势流，流函数也是调和函数。3） 平面流动中，通过两条流线间任一曲线单位厚度的体积流量等于两条流线的流函数之差。第六章 明渠恒定均匀流1、简述明渠均匀流的特性和形成条件，从能量观点分析明渠均匀流为什么只能发生在正坡长渠道中？解：特性：1、过水断面的形状、尺寸及水深沿程不变。2、过水断面上的流速分布、断面平均流速沿程不变；因而，水流的动能修正系数及流速水头也沿程不变。3、总水头线、水面线及底坡线三者相互平行。形成条件：1、水流应为恒定流。2、流量应沿程不变，即无支流的汇入或分出。3、渠道必须是长而直的棱柱体顺坡明渠，粗糙系数沿程不变。4、渠道中无闸门、坝或跌水等建筑物的局部干扰。均匀流只能发生在正坡的原因：由能量方程可知下游断面的单位重量液体的机械能小于上游断面的单位重量液体的机械能，总水头线是一条下降的线，均匀流总水头线与渠底线平行，所以渠底是沿流程下降的。所以均匀流只发生在正坡。4、什么是正常水深？它的大小与哪些因素有关？ 发生均匀流时的水深是正常水深。正常水深与流量、底坡、粗糙度、断面形状和尺寸有关。5、什么是水力最佳断面？试推导梯形水力最佳断面应该满足的条件？矩形断面渠道水力最佳断面的底宽b和水深h是什么关系？6、水力最佳断面是否是工程最经济的断面？实际工程中如何选用？参考答案:水力最佳断面的条件，只是从水力学角度考虑的。从工程投资角度考虑，水力最佳断面不一定是工程最经济的断面。水力最佳断面宽深比只与边坡系数有关。当时，；当时，；当时，例如当时，底宽不足水深的一半。在实际工程中，对于流量较大的渠道，通常按水力最佳断面进行设计得到的是窄深式渠道。窄深式断面在施工中深挖高填，劳动效率低，开挖不经济，维修养护也困难，有时难以满足灌溉和通航的要求。此外，窄深式断面渠道所控制的灌溉面积比宽浅式断面的渠道要小（渠底高程低）。正因为如此，水力最佳断面在工程实际中的应用有一定的局限性，实际工程中采用不多。但一些山区石渠、渡槽、涵洞等都是按水力最佳断面设计的，在山高坡陡处修建盘山渠道，为了避免大量削坡，有时甚至采用比水力最佳断面还要窄深的断面形式。这就是说，在设计渠道断面时，必须结合实际情况，从经济和技术两方面综合考虑。既考虑水力最佳断面，又不能完全受此约束。为此，工程实际中以水力最佳断面为基础，提出了“实用经济断面”的概念，工程中也常采用之。7、什么是允许流速？为什么在明渠均匀流水力计算中要进行允许流速的校核？明渠恒定非均匀流1、明渠水流的三种流态有什么特征？如何进行判别？2、什么是断面比能Es？它与单位重量液体的总机械能E有什么区别？在明渠均匀流中，断面比能Es和单位重量液体的总机械能E沿流程是怎样变化的。3、均匀流条件下，断面比能沿程如何变化？非均匀流条件下，断面比能沿程又如何变化？6、叙述明渠水流佛汝德数Fr的表达式和物理意义。为什么可以用它来判别明渠水流的流态？7、什么是临界水深？它与哪些因素有关？什么是临界底坡？它与哪些因素有关？10、缓坡、陡坡、临界坡是如何划分的？有何实际意义？12、叙述缓流与急流、渐变流与急变流的概念有何区别。13、佛汝得数的运动学意义、力学意义、物理意义分别是什么？15、试叙述水跃的特征和产生的条件。16、在其它条件相同的情况下，当跃前水深发生变化时，跃后水深如何变化？ 18、棱柱体渠道非均匀流水面曲线的分析和衔接的基本规律是什么？19、在分析棱柱体渠道非均匀流水面曲线时，怎样判断水面线变化趋势？24、陡坡、缓坡、临界坡是怎样定义的？如何判别渠道坡度的陡缓？26、为什么可以用水跃来消除能量？什么形式的水跃消能效率最高？堰流1、堰流和闸孔出流有哪些异同？如何判别？ 2、堰分为哪三种类型？如何区分？在工程中各有什么应用？5、实用堰和宽顶堰的水流运动有什么区别？对过流能力有何影响？6、相同形式的宽顶堰，当水头一定时，上游堰高P1的大小对流量系数m有什么影响？原因是什么？7、堰流与闸孔出流的过流能力与水头的关系有什么不同？它们在工程中各有什么应用？8、堰流和闸孔