水力学期末复习指导.doc

水力学期末复习指导一、课程说明水力学是中央广播电视大学水利水电工程专业专升本的补修课。采用由李国庆教授主编、刘之平副主编编写的“水力学”为文字教材(2001年6月，中央电大出版社)。二、考试说明1. 期末考试采取笔试形式。中央广播电视大学高等专科水利水电工程专业开放教育试点的学生2. 课程复习要求本课程考试着重考核学员对水力学基本概念、基本理论和水力计算技能的掌握情况。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，对待水力学基本概念，水流运动现象和基本理论的有关知识点，在理解的基础上要对相关问题能进行分析和判断并得到正确的结论。“掌握”是最高层次，凡是需要掌握的知识点，要求学员能运用所学的知识和方法能正确地分析水流运动并进行实际工程的水力计算，这是学习水力学最终目标，并将在今后专业课学习和工作中经常用到。大纲中的某些内容，要求掌握程度达到熟练。3. 试题题量比例、题型和结构 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%。 试题类型可分两类：基本概念题(判断题、选择题、问答题)和应用计算题（包括计算题和作图题）。以上两类题型的组成比例约为50:50。三、复习内容和重点要求第一章 绪 论考核知识点：1. 液体运动的基本特征，连续介质和理想液体的概念。2. 液体主要物理性质：惯性、万有引力特性（重力）、粘滞性、可压缩性和表面力特性。3. 量纲的概念。4. 作用在液体上的力：质量力、表面力。考核要求1. 了解液体流动基本特征，理解连续介质与理想液体的概念和在水力学研究中的作用。2. 理解液体5个主要物理性质的特征和度量单位，重点掌握液体粘滞性、牛顿内摩擦定律及其适用条件。了解什么情况下需要考虑液体的可压缩性和表面张力特性。3. 了解量纲的概念，并且能确定各种物理量的量纲。4. 了解质量力、表面力的定义，理解单位表面力(压强、切应力)和单位质量力的物理意义。第二章 水 静 力 学考核知识点1. 静水压强及其两个特性，等压面概念。2. 静水压强基本公式及其物理意义。3. 静水压强的表示方法、单位和水头的概念。4. 静水压强的量测和计算。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. 理解静水压强的两个特性和等压面的概念和性质。2. 掌握静水压强基本公式，理解该公式表达的物理意义。3. 理解静水压强三种表示方法：绝对压强，相对压强，真空度及相互之间关系，强调真空度的概念，理解表示压强的单位和位置水头、压强水头、测压管水头的概念。4. 了解静水压强量测原理和方法，掌握静水压强的计算。5. 掌握绘制静水压强分布图和计算作用在平面上静水总压力的图解法和解析法。6. 掌握压力体剖面图的绘制和计算作用在曲面上的静水总压力方法。第三章 液体运动的基本理论考核知识点1. 描述液体运动的两种方法：拉格朗日法和欧拉法。2. 液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，流线与迹线，元流，总流，过水断面，流量与断面平均流速，一维流动、二维流动和三维流动。3. 恒定总流连续性方程。4. 恒定总流能量方程。5. 恒定总流动量方程。6. 有势流动和有涡流动，流函数与势函数，等势线与流线，流网原理。考核要求 1. 了解描述液体的拉格朗日方法和欧拉法。2. 理解液体流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。4. 掌握恒定总流能量方程、应用条件和注意事项，理解能量方法的物理意义、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。5. 掌握恒定总流投影形式的动量方程、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、能量方程和连续方程求解实际工程中的水流问题。6. 了解有势流动和有涡流动的概念以及流函数、流速势函数的特点，初步了解平面势流的流网原理。第四章 液体流动型态与水头损失考核知识点1. 流动阻力和水头损失。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. 雷诺实验，液体流动的两种型态（层流、紊流）和判别方法，雷诺数Re。4. 圆管均匀层流的流速分布和沿程水头损失。5. 紊流特征，紊流切应力的产生原因，粘性底层与边界粗糙度对紊流运动的影响，紊流流速分布。6. 尼古拉兹实验和沿程水力摩擦系数的变化规律。7. 计算沿程水头损失的经验公式舍齐公式和曼宁公式。8. 局部水头损失计算。考核要求1. 理解流动阻力与水头损失的分类和产生的原因，理解水力半径的概念。2. 了解均匀流边界切应力方程和切应力分布规律，熟练掌握计算沿程水头损失的达西公式。3. 理解雷诺实验现象和雷诺数的物理意义，掌握液体流动的两种流态（层流、紊流）和判断方法。4. 理解圆管均匀层流的流速分布规律和沿程水力摩擦系数的变化规律。5. 了解紊流特征、紊流脉动的时均处理方法和紊流附加切应力产生的原因，理解粘性底层与边界粗糙度对紊流运动的影响，掌握紊流光滑区、粗糙区和过渡区的概念。了解紊流流速分布与层流分布的不同和原因。6. 理解尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数的变化规律，会确定的值，并用达西公式计算沿程水头损失。7. 掌握舍齐公式和曼宁公式，理解舍齐公式与达西公式的联系和适用条件。8. 能正确选择局部水头损失系数，掌握局部水头损失计算。第五章 有压管道流动考核知识点1. 管道的分类：简单管道、复杂管道，短管与长管的计算处理方法。2. 短管管道水力计算和水头线的绘制。3. 复杂管道水力计算：串联、并联和沿程泄流管的水力计算。4. 水击：水击现象、特征和分类，直接水击压强计算。考核要求1. 了解管道的分类，了解短管与长管计算方法的区别。2. 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、水泵装置等典型管道水力计算的方法和有关的安装高度问题。3. 了解复杂管道的特点和计算方法。4. 理解水击现象、水击传播特征和分类，会进行直接水击压强计算。第六章 明槽恒定流动考核知识点：1. 明槽水流分类和特征，明槽的几何特征。2. 明槽均匀流：明槽均匀流特征和形成条件，明槽均匀流公式，舍齐系数C和糙率n，水力最佳断面，允许流速，综合糙率和复式断面。3. 明槽均匀流水力计算。4. 明槽水流的三种流态和判别，弗汝德数Fr。5. 断面比能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确定。7. 明槽恒定非均匀渐变流微分方程和棱柱体明槽水面曲线分析。8. 明槽恒定非均匀渐变流水面曲线计算。9. 弯道水流特征。考核要求1. 了解明槽水类的分类和特征，掌握明槽的底坡和梯形断面的水力要素。了解棱柱体渠道的概念。2. 理解明槽均匀流的特征和形成条件，熟练掌握均匀流公式，理解糙率n和容许流速在明槽均匀流水力计算中的作用和确定方法，掌握梯形明槽水力最佳断面的条件，了解综合糙率和复式断面计算方法。3. 掌握明槽均匀流水力设计的类型和计算方法。4. 掌握明槽水流三种流态（急流、缓流、临界流）的特征和判别方法，理解弗汝德数Fr的物理意义。5. 理解断面比能Es的概念和特性，会用断面比能判别明槽水流流态。掌握临界水深hk的定义和用hk进行流态判别，会进行临界水深计算，特别掌握矩形明槽临界水深计算公式，掌握用临界底坡ik判别陡坡与缓坡。6. 理解水跃和跌水现象的流动特征，了解水跃方程，掌握水平底棱柱体渠水跃共轭水深计算方法，重点掌握矩形断面明槽共轭水深计算公式。了解水跃能量损失和跃长的计算方法。7. 了解明槽恒定非均匀渐变流微分方程形式，掌握棱柱体明槽恒定渐变流水面线分类、分区和变化规律，能正确进行水面线分析和不同底坡明槽水面线的衔接。8. 掌握明槽恒定非均匀流水面曲线的分段求和法。9. 了解弯道水流的运动特征和对河道演变与泥沙运动的影响。第七章 过流建筑物水力设计考核知识点1. 堰流与闸孔出流的流动特性和分类，薄壁堰、实用堰、宽顶堰；自由出流、淹没出流。2. 堰流水力计算：薄壁堰水力计算，实用堰水力计算和堰面设计，宽顶堰水力计算。3. 桥涵水力计算。4. 闸孔出流水力计算。5. 泄水建筑物下游的水流衔接与消能的水力设计。考核要求1. 了解堰流与闸孔出流的流动特性，掌握堰流与闸孔出流的判别和堰流分类的判别。2. 了解薄壁堰水力计算，熟练掌握堰流公式和实用堰、宽顶堰水力计算，了解实用堰堰面设计方法，会选用流量系数、淹没系数等各种经验系数值。3. 了解桥涵水流运动特征和计算方法。4. 熟练掌握闸孔出流计算公式 并能进行闸孔出流水力计算。5. 理解泄水建筑物下游水流衔接特征和消能方法，掌握底流消能水力设计方法。第八章 渠系连接建筑物水力计算考核知识点1. 渠系连接建筑物的水流运动特点。2. 明渠渐变段的水力计算。3. 渡槽水力计算。4. 跌水水力计算。考核要求：1. 了解渠系连接建筑物水流的运动特点。2. 掌握明渠渐变段的水力计算方法。3. 掌握渡槽水力设计计算方法。4. 掌握跌水水力设计计算方法。注意：2000年2001年学年教材中缺少这部分内容，因此在该年水力学课程考核中不作要求。第九章 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. 地下河槽恒定渗流：均匀渗流计算，杜皮幼（dupuit）公式，恒定非均匀渐变渗流浸润线分析。4. 普通井和井群水力计算。5. 渗流场求解方法和流网法。考核要求1. 了解渗流的运动特点，理解渗流模型的概念和建立的条件。2. 掌握渗流基本定律达西公式和其适用范围，了解渗透系数确定方法。3. 了解地下河槽均匀渗流的计算方法，理解杜比公式与达西公式的区别，对照明渠水面曲线分析，了解浸润曲线的特点和分析方法。4. 理解集水廊道、井和井群水力计算方法。5. 了解求解渗流的流网法。第十章 相似原理和量测技术考核知识点：1. 相似现象2. 相似原理，相似准则，重力相似准则，粘滞力相似准则，相似比尺。考核要求1. 理解相似现象和水流的相似特征。2. 了解相似原理，理解重力相似准则和粘滞力相似准则，能根据长度比尺确定在单项力相似条件下的流速比尺和流量比尺。四、综合复习题1、选择题：（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、斜交； d、正交。 答案：d（3）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（4）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（5）同种液体通过两根相同长度，但粗糙高度不同的等直径长直管道，当雷诺数Re相 同时，它们的水头损失在（ ）内是相同的。 a、层流； b、层流至紊流过渡区； c、紊流光滑区； d、紊流过渡区； e、紊流粗糙区 答案：a、b、c（6）在缓坡明渠中不可能发生的流动是（ ） a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。 答案：a、c、d（8）渗流研究的对象是（ ）的运动规律 a、重力水； b、毛细水； c、气态水； d、薄膜水。 答案：a2、判断题：（1）任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。（ ） 答案：错误（2）水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。（ ） 答案：错误（3）同样条件下直接水击比间接水击更不安全。（ ） 答案：正确（5）在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。（ ） 答案：错误（6）矩形断面水力最佳断面的宽深比=2。（ ） 答案：正确（7）明槽水流的断面比能沿流程总是减小的。（ ） 答案：错误（8）在流量和渠道断面形式一定的条件下，跃前水深越大，跃后水深也越大。（ ） 答案：错误3、问答题：（1）什么是理想液体？为什么要引入理想液体的概念？答案：理想液体是指没有粘滞性的液体。实际液体都具有粘滞性，在液体流动中引起能量损失，给分析液体运动带来很大困难。为了简化液体运动的讨论，引入了理想液体的概念，分析其运动规律，再考虑粘滞性加以修正，可以得到实际水流运动规律，这是水力学中重要的研究方法。（2）简述尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数的变化规律。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=f1（Re），过渡区=f2（Re， ），粗糙区=f3（ ），紊流粗糙区又称阻力平方区。（3）从力学意义上解释明渠均匀流只能在正坡渠道中产生的原因。答案：均匀流的断面平均流速水头和压强水头沿程不变，但水流运动总要消耗能量，因此从能量方程来分析，只能消耗位能克服水流阻力。所以均匀流只能产生在正坡