第二章靜力學

1.什麼是等壓面？等壓面有什麼性質？

壓強相等的點組成的面。

性質：1）等壓面與質量力正交。

2）質量力隻有重力作用的流體的等壓面是水平面。

3）等壓面就是等勢面。

4）自由液面和液體和液體的交界面是等壓面。

2.什麼是絕對壓強，什麼是相對壓強？

絕對壓強是以絕對真空為基準的壓強，相對壓強是以當地大氣壓強為基準的壓強。

3.壓力體的構成是什麼?如何確定實壓力體和虛壓力體?

壓力體的構成

1）曲面本身。

2）自由液面或自由液面的延長面。

3）曲面邊緣向自由液面或自由液面的延長面所引的垂面。

確定實、虛壓力體

壓力體與曲面本身相接處的部分如果有液體存在就是實壓力體，壓力方向向下；否則為需壓力體，壓力方向向上。

第三章動力學

1.什麼是跡線？什麼是流線？流線有什麼性質？

跡線：流體質點經過的軌跡線。

流線：某一瞬時流場中的一簇光滑曲線，位於曲線上的流體質點的速度方向與曲線的切線方向一致。

性質：

1. 流線不能相交也不能是折線。
2. 流線疏的地方速度小，流線密的地方速度大。
3. 恒定流時，流線和跡線重合。
4. 固體邊界附近的流線與固體邊界重合。

2.均勻流具有的特征是什麼？

①過水斷面為平面，過水斷面形狀、尺寸沿程不變；

②同一流線上的流速相等，流速分佈相同，平均流速相同；

③過流斷面上動水壓強按靜水壓強分佈

3.“恒定流與非恒定流”，“均勻流與非均勻流”，“漸變流與急變流”是如何定義的？

1. 液體運動時，若任何空間點上所有的運動要素都不隨時間而改變，這種水流稱為恒定流。若任何空間點上所有的運動要素隨時間發生瞭變化，這種水流稱為非恒定流。
2. 在恒定流中，液流同一流線上液體質點流速的大小和方向均沿程不變地流動，稱為均勻流。當流線上各質點的運動要素沿程發生變化，流線不是彼此平行的直線時，稱為非均勻流。
3. 流線接近於平行直線的流動稱為漸變流，流線的曲率較大，流線之間的夾角也較大的流動，稱為急變流。

4.試用能量方程解釋飛機的升力是如何產生的。

答：飛機機翼呈上凸下凹狀，當空氣流經機翼時，其上側流速較大，壓力較小；下側流速較小壓力較大，從而在機翼上下產生瞭一個壓力差，此即為飛機的升力。

5.用伯努利能量方程解釋為什麼在炎熱的夏天，當火車開動後，車廂裡頓時會有風從車廂兩側吹進？

答：當火車開動後，車廂內的空氣獲得一定的流速，該流速遠大於火車周圍的空氣流速。由伯努利方程

……

6.總流能量方程的物理意義是什麼？試說明方程中各項的物理意義？

答：總流的能量方程表述為：

它的物理意義是：水流隻能從總機械能大的地方流向總機械能小的地方。各項物理意義如下：

z─總流過水斷面上單位重量液體所具有的位能，簡稱為單位位能；

─總流過水斷面上單位重量液體所具有的壓能，簡稱為單位壓能；

─總流過水斷面上單位重量液體所具有的平均勢能，簡稱為單位勢能；

─總流過水斷面上單位重量液體所具有的平均動能；

─總流過水斷面上單位重量液體所具有的總能量，即總機械能；

7.用流體力學原理說明為什麼當火車進站時，人們需稍微遠離站臺邊緣。

答案提示：（1）所用知識點：伯努利方程

（2）火車進站時具有相當快的速度，越靠近車體的空氣的流速越大，壓強就越小；（3）人身體前後產生較大的指向列車的壓力差

8.試用能量方程解釋在悶熱無風的夏天，當火車運行時，風會從兩側的車窗徐徐吹進。

答：但火車運行時，車廂附近的空氣由於粘性的作用，會跟隨車廂一道運動，且越靠近車廂，空氣的速度越大。這樣，由能量方程可知，越靠近車廂處，空氣的壓強就越小。從而產生瞭一個指向車廂的壓力差。在此壓差的作用下，空氣就經由車窗被吹進瞭車廂內。

第四章能量損失

1.什麼是水力半徑？什麼是濕周？圓管的水力半徑與直徑什麼關系？

濕周：過流斷面與固體邊界相接處的周界線。

水力半徑：過流斷面與濕周的比。

圓管水力半徑是直徑的四分之一。

2.什麼是層流？什麼是湍流？怎麼判斷層流和湍流？層流和湍流的沿程損失和速度什麼關系？

層流：當流速較小時，流層與流層之間互不幹擾，互不摻混。

湍流：當流速較大時，流層與流層之間相互摻混，流體質點的流動處於完全無規則的亂流狀態。

區分層流和湍流的是雷諾數，雷諾數大於2000屬於湍流，雷諾數小於等於2000屬於層流。

層流時沿程損失與速度的一次放成正比，湍流時沿程損失與速度的1.75至2此方成正比。

3.輸水管的流量，水溫一定，隨管徑增大，雷諾數如何變化？為什麼？

答：流量、水溫一定時，隨管徑增大，雷諾數變小。由雷諾數的表達式

，在流量、水溫一定的條件下，

均不變，雷諾屬於管徑成反比，隨著管徑d的增大，雷諾數變小。

第五章管路及孔口管嘴

1.什麼是長管？什麼是短管？舉例說明用長管短管計算的裝置。

短管：管路中流速水頭和局部水頭與沿程水頭相比不能忽略的管道。

長管：局部水頭和流速水頭之和遠小於沿程水頭，一般局部水頭和速度水頭之和小於沿程水頭的5%，在計算中可以忽略的管道。

虹吸管用短管計算。並聯或串聯管道用長管計算。

2.為什麼要考慮水泵和虹吸管的安裝高度？

提示：虹吸管和水泵的吸水管內都存在負壓。當安裝高度較高時，虹吸管的最高處和水泵的進口的壓強可能小於水的汽化壓強，在那裡水將變成蒸汽，破壞瞭水流的連續性，導致水流運動中斷。因此在進行虹吸管和水泵的設計時必須考慮它們的安裝高度

3.什麼是並聯管路？它有哪些特點？

答：具有相同節點的管段組成的管路稱為並聯管路。

特點：

（1）流量疊加：並聯節點上的總流量為各支管中流量之和，即

；

（2）並聯各支管上的阻力損失相等，即

。（1分）

（3）總的阻抗平方根的倒數等於各支管阻抗平方根倒數之和，即

4.孔口管嘴出流怎麼區分？當水深和孔徑大小相同時，流量和流速有什麼不同？

答：當容器壁厚度小於孔徑的二分之一時叫做薄壁孔口出流；當容器壁厚度大於孔徑的二分之一時或者外接管路時按照管嘴出流進行計算。

當水深和孔徑大小相同時，孔口出流的流量小於管嘴出流的流量，孔口出流的流速大於管嘴出流的流量。

5.什麼是水擊？減小水擊壓強的措施有那些？

答：壓力管道中，由於管中流速突然變化，引起管中壓強急劇增高（或降低），從而使管道斷面上發生壓強交替升降的現象，稱為水擊。

工程上常常采取以下措施來減小水擊壓強：

（一）延長閥門（或導葉）的啟閉時間T

（二）縮短壓力水管的長度

（三）修建調壓室

（四）減小壓力管道中的水流流速v0

第六章繞流

1.勢函數有哪些性質？流函數有哪些性質？

勢函數：

1. 無旋必等勢。
2. 速度在某一方向的分量等於速度勢函數在這個方向的偏導數。
3. 速度勢函數是一個調和函數。
4. 任意曲線上的速度環量等於曲線兩端點上速度勢函數 值之差。而與曲線的形狀無關
5. 等勢面與流線垂直。

流函數:

1. 不可壓縮流體平面流動，流函數永遠滿足連續性方程。
2. 對於不可壓縮流體的平面勢流，流函數也是調和函數。
3. 平面流動中，通過兩條流線間任一曲線單位厚度的體積流量等於兩條流線的流函數之差。

第六章 明渠恒定均勻流

1、簡述明渠均勻流的特性和形成條件，從能量觀點分析明渠均勻流為什麼隻能發生在正坡長渠道中？

解：特性：

1、過水斷面的形狀、尺寸及水深沿程不變。

2、過水斷面上的流速分佈、斷面平均流速沿程不變；因而，水流的動能修正系數及流速水頭也沿程不變。

3、總水頭線、水面線及底坡線三者相互平行。

形成條件：

1、水流應為恒定流。

2、流量應沿程不變，即無支流的匯入或分出。

3、渠道必須是長而直的棱柱體順坡明渠，粗糙系數沿程不變。

4、渠道中無閘門、壩或跌水等建築物的局部幹擾。

均勻流隻能發生在正坡的原因：

由能量方程可知下遊斷面的單位重量液體的機械能小於上遊斷面的單位重量液體的機械能，總水頭線是一條下降的線，均勻流總水頭線與渠底線平行，所以渠底是沿流程下降的。所以均勻流隻發生在正坡。

4、什麼是正常水深？它的大小與哪些因素有關？

發生均勻流時的水深是正常水深。

正常水深與流量、底坡、粗糙度、斷面形狀和尺寸有關。

5、什麼是水力最佳斷面？試推導梯形水力最佳斷面應該滿足的條件？

矩形斷面渠道水力最佳斷面的底寬b和水深h是什麼關系？

6、水力最佳斷面是否是工程最經濟的斷面？實際工程中如何選用？

參考答案:水力最佳斷面的條件，隻是從水力學角度考慮的。從工程投資角度考慮，水力最佳斷面不一定是工程最經濟的斷面。水力最佳斷面寬深比

隻與邊坡系數有關。當

時，

；當

時，

；當

時，

，例如當

時，

，底寬不足水深的一半。在實際工程中，對於流量較大的渠道，通常按水力最佳斷面進行設計得到的是窄深式渠道。窄深式斷面在施工中深挖高填，勞動效率低，開挖不經濟，維修養護也困難，有時難以滿足灌溉和通航的要求。此外，窄深式斷面渠道所控制的灌溉面積比寬淺式斷面的渠道要小（渠底高程低）。正因為如此，水力最佳斷面在工程實際中的應用有一定的局限性，實際工程中采用不多。但一些山區石渠、渡槽、涵洞等都是按水力最佳斷面設計的，在山高坡陡處修建盤山渠道，為瞭避免大量削坡，有時甚至采用比水力最佳斷面還要窄深的斷面形式。這就是說，在設計渠道斷面時，必須結合實際情況，從經濟和技術兩方面綜合考慮。既考慮水力最佳斷面，又不能完全受此約束。為此，工程實際中以水力最佳斷面為基礎，提出瞭“實用經濟斷面”的概念，工程中也常采用之。

7、什麼是允許流速？為什麼在明渠均勻流水力計算中要進行允許流速的校核？

明渠恒定非均勻流

1、明渠水流的三種流態有什麼特征？如何進行判別？

2、什麼是斷面比能Es？它與單位重量液體的總機械能E有什麼區別？在明渠均勻流中，斷面比能Es和單位重量液體的總機械能E沿流程是怎樣變化的。

3、均勻流條件下，斷面比能沿程如何變化？非均勻流條件下，斷面比能沿程又如何變化？

6、敘述明渠水流佛汝德數Fr的表達式和物理意義。為什麼可以用它來判別明渠水流的流態？

7、什麼是臨界水深？它與哪些因素有關？什麼是臨界底坡？它與哪些因素有關？

10、緩坡、陡坡、臨界坡是如何劃分的？有何實際意義？

12、敘述緩流與急流、漸變流與急變流的概念有何區別。

13、佛汝得數的運動學意義、力學意義、物理意義分別是什麼？

15、試敘述水躍的特征和產生的條件。

16、在其它條件相同的情況下，當躍前水深發生變化時，躍後水深如何變化？

18、棱柱體渠道非均勻流水面曲線的分析和銜接的基本規律是什麼？

19、在分析棱柱體渠道非均勻流水面曲線時，怎樣判斷水面線變化趨勢？

24、陡坡、緩坡、臨界坡是怎樣定義的？如何判別渠道坡度的陡緩？

26、為什麼可以用水躍來消除能量？什麼形式的水躍消能效率最高？

堰流

1、堰流和閘孔出流有哪些異同？如何判別？

2、堰分為哪三種類型？如何區分？在工程中各有什麼應用？

5、實用堰和寬頂堰的水流運動有什麼區別？對過流能力有何影響？

6、相同形式的寬頂堰，當水頭一定時，上遊堰高P1的大小對流量系數m有什麼影響？原因是什麼？

7、堰流與閘孔出流的過流能力與水頭的關系有什麼不同？它們在工程中各有什麼應用？

8、堰流和閘孔出流的流量系數與哪些因素有關？

9、堰流計算的基本公式及適用條件？影響堰流系數的主要因素有哪些？

10、淹沒溢流對堰流有何重要影響？薄壁堰、實用堰及寬頂堰的淹沒條件是什麼？影響各種淹沒系數的因素有哪些？

滲流

1、什麼是滲流模型？它與實際滲流有什麼區別？

4、棱柱體明渠漸變流有12條水面曲線，為什麼地下河槽中的浸潤曲線隻有4條？

3、滲透系數k與哪些因素有關，如何確定？