工程水声基础概论
参考书：
1．顾金海、叶学千编，水声学基础，国防工业出版社
2．刘伯胜、雷家煜编，水声学原理，哈尔滨工程大学出版社，1989
3．R.J.尤立克著，洪申译，水声原理，哈尔滨工程大学出版社，1989
第一章绪论
众所周知，在人们迄今所熟知的各种能量形式中，在水中以声波的传播性能为最好。在混浊、含盐的海水中，无论是光波还是无线电波，它们的传播衰减都非常大，因而在海水中的传播距离十分有限，远不能满足人类的海洋活动，如水下目标探测、通讯、导航等方面的需要。相比之下，声波在海水中的传播性能就好得多，例如，利用深海声信道效应，人们甚至远在五千公里以外，也能清晰地收到几磅TNT炸药爆炸时所辐射地声信号。正是由于上述原因，使得水声技术在人类地海洋活动中得到了广泛的应用，而且随着人类对海洋需求的日益增加，水声技术的应用也必将更加广泛。
由于我们所研究的信号为水声信号，我们一定要了解水声信号的特点，才能用合适的信号处理方法，所以是一门重要的专业基础课。
1.1 水声学发展简史
对水下声的最早记载是1490年意大利列昂纳多.芬奇作出的。他写道：“如船停航，将长管一端插入水中，可将管的开口放在耳旁，能听到远处航船。”距今五百多年。
1827年由瑞士物理学家科拉顿（D.Colladon）和德国数学家斯特姆(C.Sturm)合作，在日内瓦湖中用敲击大钟进行了人类第一次测量声在水中传播速度的实验。
1840年焦耳发现了磁致伸缩效应，1880年皮埃尔.居里发现了压电效应，在此基础上发展了水声压电换能器和磁致伸缩换能器，能在水中把电能转换成声能发射到水中去，而当换能器表面接收到声能后又会转换为电能，经放大后处理。 1912年，英国四万吨级邮轮和冰山相撞，1500余人遇难。这一事实告诉人们：海上航船必须安装导航、定位设备。英国人L.F.Richardson第一次提出水下回声定位方案。第一次世界大战后期，德国潜艇给协约国海上交通造成的威胁，进一步促进了军用声纳的发展。法国著名物理学家朗之万制出了石英压电换能器，并利用了真空管放大器，1918年第一次收到了潜艇回波，探测距离1500米。
只有在换能器问世、电子技术发展，水声的广泛应用才成为可能，水声的发展才变为迅速。
1.2 水声学的研究对象
水声学包含水声工程和水声物理两个部分，它们相辅相成。水声物理是水声工程应用的理论依据，为工程设计提供合适的参数；同时水声技术的不断发展和广泛应用，又对水声物理提出新的研究内容和要求，并为水声物理的研究提供新的手段，促进水声物理的发展。
水声物理从水声场的物理特性分析出发，主要研究海水介质及其边界（海底、海面）的声学特性和声波在海水介质中传播所遵循的规律，及其对水声设备工作的影响。
水声工程包括水下声系统和水声技术两个方面。水下声系统指水声换能器及基阵，用来实现水下声能与电能之间的转换。水下声系统的研究内容主要为换能器材料、结构制作及其辐射、接收特性等。广义的水声技术是泛指声波在水中完成某种职能的有关技术问题。狭义的水声技术可理解为水声信号处理、显示技术，它主要研究声信号在水中传播时的特性和背景干扰（噪声和混响）的统计特性，并在此基础上设计出最佳时、空处理方案，从而实现强背景干扰下的信号检测。另外，在检测出目标的基础上，对目标的参数，诸如方位、距离、运动速度等量中的某些量做出估计，这就是参数估计问题。对被检测目标的某些属性，如性质、形状、运动要素等做出判别，这就是目标识别问题。
1.3 水声学的应用
1.3.1 国防应用
近代潜艇上通常装有多部各种功能的声纳（警戒声纳、攻击声纳、侦察声纳、导航声纳、对抗声纳、水下通讯机等）用它们来进行侦察、搜索、测向、测距、跟踪、识别以及攻击等。
远程警戒岸用声纳站、海底固定式声纳站、航空兵声纳，从空中、海面、水下组成水声警戒网。
鱼雷、水雷上装有小型声纳站，可完成信号检测、目标参数估计、目标识别等功能。
1.3.2 民用
渔业上用的鱼探仪、鱼诱饵等，航运上用的导航、定位等，以及海洋资源的开发利用等。
第二章 声学基础知识
2.1 声的基本概念
2.1.1 声波的基本原理
1．声波的物理本质
声波是弹性介质中传播的扰动（如压力、质点、位移、质点速度的扰动）。 2．声波的产生
声源在弹性介质中的振动引起介质中出现声波，声波存在的区域是声源的声场。λ>>r 时称为远场，λ< 根据人耳的听觉，声波划分为三个频段： 次声：≤f 20Hz 可听声：20Hz < 2.1.2描述声波的基本物理量 1．声场：存在声波的空间 2．声压：0P P p -= 其中P ─介质中存在声波时某点的压强 0P ─介质中无声波时该点的压强 ),,,(t z y x p p = 瞬时声压：声场中某瞬时的声压 有效声压：声压在一定时间间隔内的均方根值 dt p T p T e ?=02 1 单位：CGS 制： 2/cm dyn ，称微巴（μbar ）；MKSA 制：2/m N ，称帕 （Pa ）；1μbar ＝0.1Pa 微风吹动树叶声：0.001μbar ；房间内大声讲话：1μbar ；在100m 处收到的传播航行噪声：10～100μbar 3．质点振速：介质中某一无穷小的部分因声波通过而引起的相对于没有声波作 用时的振动速度。),,,(t z y x u u = 单位：cm/s 位移：介质质点离开其平衡位置的距离。 4．声阻抗：U P Z A = P ——一定面积上的有效声压；U ——该面积上的有效容积速度 单位：CGS 制： 5/cm s dyn ?；MKSA 制：5/m s N ? 5．声阻抗率：U P Z s = 也称声特性阻抗 P ——介质中一点的有效声压；U ——介质中该点有效质点振速 单位：CGS 制：3/cm s dyn ?； MKSA 制：3/m s N ? 6．声功率：声源在一单位时间内辐射出的声能量。 单位：W 7．声强度：垂直于波振面上的单位面积上的声功率。 单位：2m W 8．声压级：ref eff P P SPL lg 20= 单位：dB 常用的基准声压： ubar p ref 1==0.12/m N （用于水中还能器校准和液体声压级测量） ubar p ref 4102-?==25/102m N -?(用于听觉及空气中声级和噪声测量 9．声强级：ref I I IL lg 10= 单位：dB I ——声波的强度；ref I ——基准声强 常用的基准声强：212/10m W I ref -=；216/10cm W I ref -= 2.2 理想流体介质中声波波动方程的建立 2.2.1引言 1．理想介质中的波动方程是声学的基本表达方式（描述方式），本节介绍波动方程的建立过程。 建立波动方程的基本假设 a ．理想介质： ????? ? ?无热传导无内摩擦各向同性 介质连续 b ．小幅度假设：???? ??? <<<<<<→→小很多 比质点振速小很多比波长位移小很多比静压声压0000|||| P P C u C u P P λελε 2.2.2波动方程的导出基于三个方程： 连立三个方程?? ???u P u u P ，状态方程：连续性方程：，运动方程：ρ,，可求出波动方程：2222 1t P C P ??=?。以 下分别介绍三个方程。 1．运动方程（连续介质中的牛顿第二定律） 运动方程是牛顿第二定律在流体中质点运动的应用。在连续介质中，有声波作用时，各处压缩是不同的，因此各点压强不等，取介质中任意一小体积元素看，各面受力不平衡，可以建立该体积元的运动方程式。1F 2F z y P p F ??+=)(01 z y P p p F ??+?+=)(02 z y x x p z y p F F F x ?????- =???-=-=21 体积元的质量：m=z y x ???ρ x 方向的加速度：t u x ??=α 依据牛顿第二定律：α m F = t u z y x a m z y x x p F x x ?????==?????-=ρ t u x p x ??=??-ρ 由小振幅条件：0ρρ≈ 得t u x p x ??=??-0ρ 同理：t u y p y ??=??-0 ρ t u z p y ??=??-0ρ 即：???????????-=????-=????-=??t u z p t u y p t u x p z y x 0 00ρρρ t u p ??-=? 0ρ 连续介质中的运动方程 物理含义：当流体中具有压力变化（压力梯度）时，介质就发生运动速度的变 化。 2．连续性方程 连续性方程是物质不灭定律在流体中介质运动时的应用。由于介质的任何变化都不能导致物质的产生和消灭，只是能量的传播，因此流进某区域与流出某区域的流体，在数量上存在差别时，则在该区域中流体的密度也必须相应的改变。 单位时间内介质从左面流入体积元的质量：z y u x ??ρ 1 F x 同一时间内介质从右面流出体积元的质量：()z y x x u u x x ??????? ????+ρρ 单位时间内体积元内质量的增加量：z y x u x m x x ????? - =)( 同理：?? ?? ?? ????????? -=?????-=????? - =z y x u z m z y x u y m z y x u x m z z y y x x )()()( z y x u z u y u x m z y x ????? +??+??-=∑)]()()([ρρρ 由物质不灭定律：z y x u z u y u x z y x t Z Y X ????? +??+??-=?????)]()()([),,,(ρρρρ 由小振幅条件：x u u x u x x x x ??≈+?? ≈??000)()(ρδρρρ 同理：z u u z y u u y z z y y ??≈?? ??≈?? 00)()(ρρρρ 化简得：u t ?-=??0ρρ 物理含义：当介质质点振速在空间发生变化（即存在速度散度）时，相应地发生 密度的变化，速度散度为正时，相对密度变化为负。 3．状态方程 声波在理想介质中的传播时，介质只发生密度的变化，而并无热量的交换。即在理想介质条件下的状态变化是等熵绝热过程，压强仅是密度的函数。 在绝热压缩情况下：)()(P P 000 0ρρρρ ρ-??=-===P P p p 令20 0)(C p p p =??==ρρρ即 )(02ρρ-=?C p 由小振幅条件得：t C t p ??=??ρ2 物理含义：当流体中具有压力变化时，介质的密度发生相应的变化。 4． 波动方程 声压波动方程 数学处理思路：三个方程联立可求任一变量的波动方程 2222 2001p u t t u p t p c p t c t u ??=??? ??? ?? ? ?? ??=?????????ρρρρ状态方程：＝－连续性方程：＝－运动方程： 其中拉普拉斯算子2? 直角坐标系：22 22222 z y x ????+???＋＝ 球坐标系：2 2 2 22222 sin 1sin sin 11?θγθ?θθ????? ? ???????? ???????＋＋＝r r r r r 圆柱坐标系：22 2 z 11?????? ????????? ???????＋＋＝??r r r r r r 式中：γ――半径 ?――方向角 θ――极角 速度势波动方程 由于理想流体介质中的小振幅声场的旋度为0，即0=??u ，因此，质点振速u 一定可以表示为某一势函数的梯度 ψψψψ-?=?? ??? ? ? ?? ???-=??-=??- =u z u y u x u z y x 定义速度势：?pdt 0 1 ρψ＝ 运动方程：ψρ?????＝－＝－u t u p 0 物理意义：媒质中的各点，当声波作用后，由声压引起的单位面积上的冲量变 化。 由速度势表示的波动方程 2222 201p u t u t c t c t ??=??? ?? ? ??? ????=??????ψψρρρψ状态方程：＝－连续性方程：＝－运动方程： 2.2.3 波动方程的应用 解上述两种波动方程，即可求得声压或速度势的通解。 导出的结果是在均匀连续介质中应用的，通常有无限多个解。只有给定边界条件和初始条件才能有实用的解。 实践中复杂声源的波阵面的形状是十分复杂的，但是波阵面的形状总可以简化为几种典型的情况，这些典型情况是：平面波，球面波和柱面波。以后各节将分别介绍。 2.3 声场中的能量关系 2.3.1声能密 定义：在声场中某处，单位体积中的声能称为声能密度。 ()2 PE KE c p u E E t E 022 02121ρρ＋ ＝=+ 其中：动能密度：2 0202u 2 1V mu 21ρ＝=KE E 位能密度：??- =V V PE pdV V E 0 1 ()() 2 02 0002 2d 10ρρρρρρρρ ρ-= ? ?? ? ??--=?c V c V － c p 022ρ＝ (()02ρρ－＝c p ) 定义：平均声能密度 ()?T E T 0dt t 1＝ ε 2.3.2声能流密度w 定义：在理想介质中声能密度的时间变化率。即为能流密度的负散度。单位时间 内通过垂直于能量传播方向的单位面积上的声能为声能流密度。用w 表示。 ()()u p w c p u t E w t t E ＝＋ ＝由声能流密度得：＝－由定义得：??? ?? ??? ???02 202121ρρ 物理含义： 1. 声能流沿质点振速的方向。（w 与u 同方向） 2. 声能流密度在数量上等于质点振速与声压的乘积：||||u p w = 3. u p 为正时，声能流沿声波方向传出 u p >0 u p 为负时，声能流沿声波方向相反方向流 u p <0 4. 振源情况 u p 为正时，振源做功，辐射声能。 u p 为负时，振源做负功，声场将能量交回振源。 5. w 与电路中的参量相比较 w ～瞬时功率 p ～电压 u ～电流 2.3.3声波强度 [] u p Re I cos u p I dt w T dt u p T I T 0 T *=== ??21 2111000或＝φ 式中 *p ――声压的复数轭量 u ――沿声波传播方向的质点振速的复数均方根值 φ――声压与振速之间的相位差 00u p ――振幅值 2.4 平面声波 平面声波：波阵面为平面的声波。 均匀平面声波：同一波阵面上各点振动相位相同，振幅也相同的平面波。 不均匀平面声波：同一波阵面上各点振动相位相同，振幅不相同的平面波。 2.4.1 平面声波的行波解 对于均匀平面声波，沿ox 轴方向传播 2 222 2 222 11t c t p c p ??=???=?φφ 222221t p c x p ??=?? 通解：()?? ? ?? +??? ??-=c x t f A c x t f A t x p ＋2211, 式中A 1,A 2――积分常数 ??? ??-c x t f 1，??? ??c x t f ＋2――宗量为??? ??-c x t ，?? ? ??+c x t 的两个任意函数。 ?? ? ??-c x t f 1――表示距离声源x 处，同一振动过程要在时间上延迟c x =τ之后发 生，正向波。 ?? ? ?? c x t f ＋2――表示距离声源x 处，同一振动过程要在时间上延迟c x -=τ之后发 生，反向波。 2.4.2 平面声波的谐波解 1．平面声波的声压： 设简谐均匀平面波声压：()()iwt e x p t x p =,代入波动方程得 ()()02 2 2=?? ? ??+x p c w dx x p d 其通解为：()?? ? ??+?? ? ??-+=c x t jw c x t jw e A e A t x p 211, 边界条件：无限介质，即无反向波，02=A 初始条件： x ＝0时 jwt e p p 0＝即01p A = 平面声波的谐波解为： ()()()kx wt j c x t jw e p t x p e p t x p -?? ? ??==00,,或－ 其中λ π 2==c w k ――波数，声波传播一个单位距离（x ＝1）时落后的相位角 或相距一个波长时，相位差2π x x c f x c w kx λ π πφ22=＝＝＝――落后的相位角 2. 平面声波的质点振速： 由运动方程：t u t p ???? 0ρ＝－得 ()() ()c p e p dt e jkp dt x p t x u kx wt j kx wt j 000000,ρρρρ= ==??-=--?? 物理含义：a.平面波的行波声场中，同一点的质点振速和声压在随时间变化 上同相位，其振幅与距离无关。 b.平面声波的行波声场中，振速波形和声压波形完全相同，两者 幅值之差为常数c 0ρ，它决定于介质本身。 3. 平面声波的波阻抗 ()() c t x u t x p z 00,,ρ== 物理含义：平面声波的波阻抗只决定于介质本身的c 0ρ，是实数，表示声能的传 递。因此这个声阻不是损耗阻（阻尼阻），而是传输阻。 4. 平面声波的质点位移 ()??===-c jw p dt e c p dt u x kt wt j 000ρρ a.位移比声压或质点运动速度滞后90 b.声压和位移在绝对值之间的关系： c f c w x p 002ρπρ== c w 0ρ――声刚性，即表示单位位移所产生的声压。 c w 0ρ的物理概念： a.对不同介质而言，在同样压力下，声阻抗大的介质，它的质点位移较小，即刚性大。 b.同一弹性介质中，在同样的压力下，由于c ρ一定，振动频率高，质点位移小，比频率低时刚性大。 5.声强 dt e c p R e p R T pudt T I c x t j e c x t j T e T ][][11 )(00)(000 --??== ωωρ c p dt kx t c p T T 02 02 0202)(cos 1ρωρ= -?=? 20000021cu c p u ρρ== 即：2 00 20212cu c p I ρρ== a ．2 0u I ∝在一定的介质中，声压的振幅值越大，声强也越大； b ． c z I 00ρ=∝，当声压幅值一定时，波阻抗大的介质中，产生的声强小。 2.5球面声波 球面声波：波振面为球面的声波称为球面声波。 均匀球面声波：同一波振面上各点振动相位相同，振幅也相同的球面声波。 2.5.1 球面声波的行波解 波动方程： ?θθθθθψ ψ??+??? ? ?????+??? ??????=???= ?222 2222 2 22 2 sin 1sin sin 111r r r r r r t c ?? ??? ? ()?? ? ??++??? ??-= c r t f r A c r t f r A t r 2211,φ通解： 边界条件：无限介质，即无反向波，02=A 其通解为：()?? ? ??-= c r t f r A t r ,φ 2.5.2 球面声波的谐波解 1．球面声波的速度势：()() kr wt j c r t jw e r A e r A t r -? ?? ? ? -= = ,ψ 2．球面声波的声压：()() kr wt j e r A ck j t t r p -=??=ρψρ , 3．球面声波的质点振速： ()()()kr wt j kr wt j e r A e r A j r t r u --+-=??-=22,λπψ 物理解释： a. 球面波声压是随距离r 的一次方成反比地衰减，由于球面波地波阵面随距离增加而不断扩大所引起。 b. 当在近场时，质点振动值与2r 成反比衰减，远场时，质点振速和r 成反比衰减。 4．球面声波的波阻抗 ()() ()() () () 2 2 2 01111,,kr kr c j kr kr c kr j c t r u t r p z +++= +==ρρρ 或表示为：jX R r r w j c z +=? ? ? ??+? ? ? ??+= 2 2 021r 21λπρπλρ＋ R ——声阻 X ——声抗 物理解释： a ． 声场中任一点，声压与振速不同相，声压超前振速φ角。 r kr R X tg πλ?21=== b ．R 表示能量辐射。 X 表示球内部的介质振动时，必须克服球外部介质的惯性而作功，这部分形式以动能的形式储藏在声场中而并不向外传播。 c ． R 随λ r 的增加而增大，r>>λ 时，R →c ρ。 X 随λ r 的增加而减小，r>>λ时，X →0。 当r>>λ时，即远场时，z →c ρ——平面声波的波阻抗。 5．球面声波的强度 取()的实部t r p , ()()()φρρπρcos 2111111,2cos ,2000??? ??=?????? ? ???????=+=??????+-=??? ?? +=?-r A ck z I dt u p T I kr j e z e kr j r kA j t r u kr wt r A ck t r p T kr wt j － 远场时：()r P c I m 221 r ρλ=>> 其中：()r A ck r P m ρ＝2 ——r 处的声压振幅值 物理解释：21 r I ∝这是由于球面波在传播时，其波阵面按24r s π＝规律扩张而 引起的，即() () 21 2 2212 22114I 4r r I I r r I =?=ππ＝ 2.6柱面声波 条件：1.园柱长无限()()λλ<<>>0r 半径较小l 2.辐射轴对称柱面波，且同一波阵面上振幅各向均匀。 1．柱面声波速度势的谐波解 ()()()()()[]()()kr AH kr iN kr J A r R e r R t r z r r r r r r t c jwt 1000222222 ,111=+=????? ? ???? ??=??+???? ??????+??? ??????=???=?行波无限介质，即只有正向φ??φφ 其中：()()() ()()() kr iN kr J kr H Neum ann kr N Bessel kr J 0010 00＋＝）函数—零阶纽曼（ —）函数 —零阶贝赛尔（— 2．柱面声波的声压：()()()jwt e kr cAH ik t r p 10,ρ= 远场时（r>>λ） p r 1∝ 3．柱面声波的质点振速：()()()jwt e kr AkH t r u 11,= 4．柱面声波的阻抗 ()()()()()()()()()()()() []iX R c kr N kr J kr N kr N kr J kr J c i kr N kr J kr J kr N kr N kr J c z -=+--+-=ρρρ2 1211010212101010 a ． R 和X 随x r kr π2=的变化而变化 b ．当辐射源频率一定时，则反映了声压和振速之间的相位差。 c z 0X 1R 0ρλλ→??? →>>→>>即时，当时，当r r 5．柱面声波强度 ()()()[]()()()[]()()[][]?= ==? ???? ??? ?? =+=+=??? ?? +T e e iw iwt wt i r c k A kr c k A dt t r u R t r p R T I e A A e kr iN kr J Ak t r u e kr iN kr J c Ak t r p 02 221120012 21,,1,,πρπρρπ 物理解释：I r A 2∝这是由于柱面波的波阵面积是按半径的一次方成反比地扩大而 引起的。1 221I I r r = 2.7平面声波反射折射和透射 1.引起声波的反射，折射的物理因素，是由于阻抗的变化。 2.波阻抗是常数的声场称为自由场传播。 蒸馏水中声速经验公式： ()() ms p t t t t t t p c 100 4.28.29.151354824887.1402,232++++-+= 2.7.1两个流体分界面上平面声波的反射与折射。 ()kx j kx wt j c x t jw Ae e jw p e jw p jw p w i t p u －＝略去时间因子＝＝由简谐振动： 流体中无横波ψρρρψρψψ ρψ -?? ? ??-===?? ? ?????-?=00 设行波入射角为1θ，反射系数为R ，k 1为下介质的波数透射角为2θ，折射系数为D ，k 2为上介质的波数。 () () ?? ???111122θθθθψψcos xsin jk cos xsin jk 11RAe Ae ＋－反射－－入射 ＝＝ ()2 2 2θθψcos xsin k j 2 DAe －－折射＝ 边界条件： 1．声压连续性：在分界上第一介质中的声压总和等于第二介质中声压总和，这是分界面上压力平衡的必要条件 入射波 Z 2 2．法向质点振速连续性：第一介质中垂直界面的质点振速应等于第二介质中垂直于界面的质点振速。其数学表达式为： [ ] () ()()x sin k sin k j cos xsin ik xsin jk zcos k j kzcos j De R DAe e Re e A z z z 1 1222 22111 11102 122 12 211θ θθθθθθρρψψψψψψψρψρ－－折－－反射入射入＝＋＝＋＝＋＝＝＝时＝???? ?? ? ?????????????? 因为其左边与x 无关，所以右边也不依赖于x n c c k k sin sin sin k sin k 1＝＝＝即＝212212211θθθθ——折射定理(2 211c w k c w k ＝，＝) 此时 ()D R =+121 ρρ，令1 2ρρ＝m 则()R m D ＋＝11 [] () ()???????? ????? ? ??= +=??=??=+=--1 22 122111 222 111 1 1 1 ρρψψψψθθθθ θm R m D z z DAe e Re e A cos sin x jk sin x jk cos z jk cos z jk 1 1 222 221111 201 1 202 12121 2θ?θθθθθ?θ?θθθθcos z cos z cos z m cos n cos m cos D cos z cos z cos z cos z cos n cos m cos n cos m R += += +-= +-= 2.7.2几种特殊情况下的反射，折射问题 1．垂直入射，01=θ 1 22 1 21221z z z m D z z z z R += +-= a ．当12z z =时，R ＝0：表示声波垂直入射于波阻抗相等的分界平面时没有反射。 b ．当∞=2z 时，R ＝1：表示声波垂直入射于绝对刚体时，能量全反射，而且再界面上的入射波和界面上同点的反射波相位相同，即界面上压力比入射波压力大一倍（海底）。 c ．当02=z 时，R ＝－1：表示声波垂直入射于绝对软分界面时，能量全反射界面上总压力为0（海面）。 2．全透射，R ＝0时全部能量都进入第二介质，称为全透射。 sin cos 0cos cos sin cos sin sin 12212112 2222222 12=--?=--=?=θθθθθθθθn m n m n n n 射满足该条件即产生全透??? ? ? ?? <--<--=-1101 sin 22 22221 m n m m n m b θ 氢气和空气符合这个条件。 3．全内反射 当21211θθ>>=时，c c n ，即在任意角度入射时，都产生折射波。 当212 11θθ<<=时，c c n ，当入射角增加到产生全内反射。＝时， 90201θθθ= 当01θθ>时， ??? ? ??-=-+----1212122 12121211θθ?θθθθ? cos m n sin tg R e R n sin j cos m n sin j cos m R j ＝，＝式中，＝ 0θ称为全内反射临界角。 当入射角由0θ变化到2π时，? 角由0变化到2 π 。 反射系数R 由＋1变化到－1。 4．非均匀平面波的出现 当入射角01θθ>时，R 时复数，D 却并不为零。 当01θθ>时，()???j j e cos m e m D --=+=2 112 由()??? ???=-1122222θθψθθsin k sin k DAe cos z sin x jk ＝折射 () ()?θθ?ψ----112121 2 sin k j z n sin k X e Ae cos m ＝折射 式中111sin θk k x =——表示入射平面波向量在x 轴上的投影 h c w c w ==1 1sin θ 2 1 2 1 1 1sin sin c nc c c c c h h <=>=θθ 物理解释：在第二介质中产生一沿x 轴正向传播的波，波速是h c ，在同一波阵面 上，声压同相位，但其振幅是沿深度（－z 方向）作指数衰减，即为非均匀平面波。 讨论：当）射波振幅绝对值等于时，产生全内反射（反112121?? ? ??><=θθc c n 第二介质中出现非均匀平面波，非均匀平面折射波以h c 传播速度，平行于分界面传播，而振幅随深入第二介质的距离作指数律衰减。 2 21122 121111212sin sin k sin sin ???? ??-=-?? ? ????>=<=c c c w n c nc c c nc c h h θθδθθ＝透入深度： 2.7.3分界面声波反射时的能量关系 ??? ? ?? ?== ????????==??=m D iw iw p p D R iw iw p p R c p I jw t p p p ＝＝＝＝＝ ＝入 折 入折 入折 入 反 入反入反ψψρρψρψρψψψρψρρρψψρ1212112 2 ? ???? ? ? ? ??? ??==?2 2211222211112222 2 112112 2222p I p I D c c D m c c c p c p I I D R c p c p I I R ρρρρρρρρ＝＝＝＝＝入 折入折入 反入 反 1 12 21 12 021 12 222c p D mn I c p R I ,c p I ρρρ＝ ，＝ ＝ 折反入 结论：无论入射角为何值，在分界面上入射波能量等于反射波能量和折射波能量之和，也即在反射时仍然遵守能量守恒定律。 即可以证明：2 21121cos cos I θθAB S AB S I S I S ＝，＝）＝－（折 反入 2.8介质层的反射与折射 2.8.1 各分层介质中的声压与法向振速 定义：输入阻抗为第一介质的终端反射面上总声压与质点法向振速分量的比值。 （1）设入射波声压在声源处为：jwt e p p -=0λ 第一介质中任意点处入射波声压：()()[]wt cos z sin x k j e p t ,z ,x p --=1110θθλ 反射声波声压方程为： ()()[]wt cos z sin x k j e p R t ,z ,x p -=1110θθ＋反 略去时间因子wt j e －后，第一介质中任意点的总声压方程： ()() 11111101θθθzcos jk zcos jk sin x jk e v e e p z ,x p ＋－= 法向质点振速：()( )111 1111 01θθθzcos jk zcos jk sin x jk n Re e e Z p z ,x u -=－ 上式中()321,,i cos c Z i i i i == θρ——法向阻抗，即斜入射比垂直入射时的阻抗增大i cos 1 θ倍。 （2）在间隔中，由于声波在 上下界面反射形成驻波，所以可以用正向波和反向波两项来表示，设它们在原点的振幅系数为A 和B ，则在层中任意点（x,z ）正向波的合成声压为： ()() ()() 2 222222 222222 0202θθθθθθcos z jk cos z jk sin x jk n cos z jk cos z jk sin x jk Be Ae e Z p z ,x u Be Ae e p z ,x p -=+=-- （3）第三介质为半无限空间，无反射波 ()()[] ()()[]3333333 0303θθθθcos d z sin x jk n cos d z sin x jk e Z Dp z ,x u e Dp z ,x p +-+-== x 2.8.2反射系数和透射系数 分界面z ＝0上的边界条件： （1） 声压连续：()()()()B A e p R e p |z ,x p |z ,x p sin x jk sin x jk z z +=+? ===2 2110002011θθ （2） 法向振速连续：()()()()B A e Z p R e Z p |z ,x u |z ,x u sin x jk sin x jk z n z n -=-? ===22112 01002021θθ 利用分界面d z -=上的边界条件： （1） 声压连续：()()() 332 222220032θθθθsin x jk cos d jk cos d jk sin x jk d z d z e Dp Be Ae e p |z ,x p |z ,x p =+? =--=-= （2） 法向振速连续：()()() 332222223 01022θθθθsin x jk cos d jk cos d jk sin x jk d z n d z n e Z Dp Be Ae e Z p |z ,x u |z ,x u =-? =--=-= 折射定律：332211sin sin sin θθθk k k == ()()()()()()()()()() 223222232 22322222222322323232322 2 2 2 2 2 22θθθθθθθ θθ θcos d k tg jZ Z cos d k tg jZ Z Z cos d k sin jZ cos d k cos Z cos d k sin jZ cos d k cos Z Z Z e Z Z e Z Z e Z Z e Z Z Z Z cos d jk cos d jk cos d jk cos d jk ------+-++--＝＝或＝输入输入 结论： 1. 输入Z 与32Z ,Z 有关，此外还与()22cos θd k tg 有关，即与 λ d 有关，这是因为在间 隔层内形成驻波的原因。 2.该式与电磁波传播理论中的均匀传输线的输入阻抗具有相同的形式。 ()()()()()()()()()( ) () ()()() ()()()()()()() () 22212 2221323 2122312233 22 2 3 1 22 13 22231221322312231223122312242 2222 2222 222θθθ θθθθθθθcos d k sin Z Z Z j cos d k cos Z Z Z Z Z D e Z Z Z Z e Z Z Z Z Z Z D cos d k tg Z Z Z j Z Z Z cos d k tg Z Z Z j Z Z Z R e Z Z Z Z e Z Z Z Z e Z Z Z Z e Z Z Z Z R cos d jk cos d jk cos d jk cos d jk cos d jk cos d jk +-+= +++--=++--=--+-+-+++-=---或 －－或 2.8.3分析和结论 1.当间隔层为半波长整数倍时，2 2 λn d =；当垂直入射时，;1cos ;022==θθ πλλπ θn n d k == 2 2cos 2 2 22（倾斜射入也可得出一下结论） 1 31 3Z Z Z Z R +-= 即间隔层对入射声波起了半波匹配器的作用 若选031==R ,Z Z 则能量全透射。 2.当间隔层为41 波长的奇数倍时，()412cos d 22λθ+=n ()()()()()()()()()()()()()()3 1223 1222312231223122312222222221 01224122Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z j Z Z Z Z j Z Z Z Z j Z Z Z Z j R cos d k sin ,cos d k cos n n cos d k +-= --+++--+++--===+=+=??πλλπ θ 若选312Z Z Z =，则R ＝0，能量全透射。 土木工程概论试题及参考 答案 Newly compiled on November 23, 2020 土木工程概论期中测试题 一、单项选择题（共10题，每题2分，共20分） 1、_________是建造各类工程设施的科学技术的总称。 ( ) A、铁路工程 B、基本建设 C、土木工程 D、公路工程 2、________向轻质、高强、多功能化发展。 ( ) A、工程材料 B、土木工程 C、技术 D、设计 3、_______是由胶凝材料、细骨料和水等材料按适当比例配制而成的。( ) A、混凝土 B、砂浆 C、钢筋混凝土 D、三合土 4、只能在空气中硬化的称为____胶凝材料，如石膏。 ( ) A、水硬性 B、湿硬性 C、气硬性 D、干硬性 5、通常把位于天然地基上、埋置深度小于_______m的一般基础(柱基或墙基)称为天然地基上的浅基础。 ( ) A、4 B、5 C、6 D、7 6、桥梁是________工程中的重要组成部分，由正桥、引桥和导流等工程组成。 ( ) A、公路建筑 B、房屋建筑 C、河流治理 D、水利建设 7、_________是指承托基础的场地。 ( ) A、承台 B、条型基础 C、桩基础 D、地基 8、_________指由梁和柱刚性连接而成骨架的结构。 ( ) A、剪力墙 B、筒体结构 C、框架结构 D、混合结构 9、__________是双向行车道、中央设有分车带、进出口一般全控制或部分控制，为城市大量、长距离、快速交通服务。 ( ) A、快速道 B、主干道 C、次干道 D、支道 10、公路路基的_________形式有路堤、路堑和半填半挖三种。 ( ) A、功能 B、结构 C、平面布置 D、横断面 二、填空题（共10题，每空2分，共30分） 1、土木工程的发展经历了古代、近代和_______________三个阶段。 2、普通混凝土是由水泥、 _____________、细骨料、和 __________拌合，经硬化而 成的一种人造石材。 3、将上部结构的荷载传给土地基，连接上部结构与地基土的下部结构称为 __________。 4、浅基础一般分为单独基础、___________、伐板基础和箱形基础、壳体基础。 5、梁和板都是工程结构中的 _____________构件。 6、高层与超高层建筑结构的主要结构形式有_____________，框架剪力墙结构、 ________________、框支剪力墙结构、筒体结构等。 7、当前我国的公路等级按照其使用任务、功能和适应的交通量分为 ___________个 等级。 8、按结构体系和受力特点，桥梁可以划分为_________、索、__________三大基本体 系和组合体系。 9、铁路是由__________、轨道、____________组成。 10、建筑构造的设计原则是：技术适宜、____________、美观大方、___________。 三、判断题（正确的划√，错误的划×共5题，每题2分,） 1、按照桥梁主要承重结构所用材料分为：圬工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土 桥、钢桥和斜拉桥等。 ( ) 土木工程概论 一、基本信息 课程名称: 土木工程概论 英文名称: Introduction to Civil Engineering 课程类别:基础课 学时: 34 学分: 2 二、教学目的及要求 《土木工程概论》课是为新入学的学生讲授的一门必修课程，阐述土木工程的重要性和这一学科所含的大致内容，介绍国内外最新技术成就和信息，展望未来。因此，本课程是一门知识面较广启发性较强的基础课。 设臵该课的目的是使学生一进校就了解土木工程的广阔领域，获得大量的信息及研究动向，从而产生强烈的求知欲，建立献身土木工程事业的信念，自觉地主动地学习。 课程基本要求： 1)了解土木工程在国民经济中的地位和作用； 2)了解土木工程的广阔领域与分类； 3)了解土木工程的材料，土木工程结构型式、荷载及其受力路线； 4)了解各类灾害及土木工程的抗灾； 5)了解土木工程建设与使用； 6)了解土木工程经济与管理； 7)了解土木工程最新技术成就及发展总趋势； 8)了解数学、力学与土木工程以及各学科之间的渗透关系； 9)较早养成自学、查找资料及思考问题的习惯，结合考核初步训练撰写小 论文的能力。 三、课程教学内容 1. 综述 历史简述：土木工程的重要性；土木工程的建设与使用；各类灾害及土木工程中的抗灾；土木工程的现状和我国现阶段达到的水平，发展总趋势。 2. 土木工程材料 土木工程使用的各类材料及其应用概况，工程结构与材料发展的关系，材料工业的新发展及展望。 3. 土木工程种类 房屋建筑（包括房屋的组成、单层、多层、大跨、高层、古建筑、特种建筑等），展示房屋建筑最新技术成就及发展方向；各类特种结构的型式，桥梁工程（包括拱式桥、斜拉桥、悬索桥、立交桥等），展示当代桥梁最新技术成就及发展方向；公路、铁道、隧道工程、矿井工程、水利工程、给水与排水工程，相应的新发展及展望；基础与地下结构工程及其新发展。 4. 土木工程的基本结构形式与土木工程荷载 介绍梁、柱、拱、桁架等最基本的结构形式，受力路线，结构形式变化及新结构形式、展望；了解荷载、作用与效用的定义，荷载的种类、荷载组合的概述。 5. 土木工程事故、灾害及防治、结构的耐久性 1)事故的种类及其分析，工程结构常见事故，事故处理概念； 第1章电力系统的基本概念 1-1 电力网、电力系统和动力系统的定义是什么？基本构成形式如何？ 1-2 对电力系统运行的基本要什么？ 1-3 电力系统的电气接线图和地理接线图有何区别？ 1-4 电力系统的额定电压是如何确定的？系统各元件的额定电压如何确定？ 1-5 目前我国电力系统的额定电压等级有哪些？额定电压等级选择确定原则有哪些？ 1-6 电力系统的接线方式有哪些？各自的优、缺点有哪些？ 1-7 联合电力系统的优越性有哪些？ 1-8 根据发电厂使用一次能源的不同，发电厂主要有哪几种型式？ 1-9 电力变压器的主要作用是什么？主要类别有哪些？ 1-10 架空线路与电缆线路各有什么特点？ 1-11 直流输电与交流输电比较有什么特点？ 1-12 电力系统的结构有何特点？比较有备用和无备用接线形式的主要区别。 1-13 为什么要规定电力系统的电压等级？主要的电压等级有哪些？ 1-14 试述我国电压等级的配置情况。 1-15 电力系统各个元件(设备)的额定电压是如何确定的？ 1-16 某一60kV电力线路长为100km，每相导线对地电容为0.005F/km，当电力线路末端发生单相接地故障时，试求接地电容电流值(60kV系统中性点经消弧线圈接地)。 1-17 电力网的额定电压是怎样规定的？电力系统各类元件的额定电压与电力网的额定电压有什么关系？ 1-18 升压变压器和降压变压器的分接头是怎样规定的？变压器的额定变化与实际变化有什么区别？ 1-19 电能生产的主要特点是什么？对电力系统运行有哪些基本要求？ 1-20 根据供电可靠性的要求，电力系统负荷可以分为那几个等级？各级负荷有何特点？ 1-21 电能质量的基本指标是什么？ 1-22 直流输电与交流输电相比较，有什么特点？ 1-23 电力系统的结构有何特点？比较有备用和无备用接线形式的主要区别？ 1-24 我国电力系统的中性点运行方式主要有哪些？各有什么特点？ 1-25 电能质量的三个主要指标是什么？各有怎样的要求？ 1-26 电力系统的主要特点是什么？ 1-27 电力网的接线方式中，有备用接线和无备用接线，各有什么特点？ 土木工程概论复习题汇总 一；填空题。 1. 砖按生产工艺分—烧结砖—和非烧结砖。 2. 砂一般分为天然砂和—人工砂________ 。 3. 配置混凝土时应优先选用—中砂______ 。 4. 所谓灰是指石灰_和石膏。 5. 土木工程中使用的钢材是指_线材_______ 和型材。 6. 水泥按其用途及性能分为通用水泥、_专用水泥_、特性水泥。 7. 普通混凝土是由水泥、 _粗骨料_、细骨料、和 _水—拌合，经硬化而成的一种人 造石材。 8. 绝热材料按其成分分为无机材料和_有机材料_。 9. 将上部结构的荷载传给土地基，连接上部结构与地基土的下部结构称为—基 础__ 。 10. 常用工程地质测绘方法有相片成图法和 _实地测绘法—。 11. 通常把位于天然地基上，埋置深度小于5m的一般基础以及埋深度虽超过5m 但小于基础宽度的大尺寸基础，统称为天然地基上的_____ 浅基础。 12. 刚性基础通常由砖、毛石、_素混凝土 _、和灰土等材料做成。 13. 建筑物的基础分为刚性基础和柔性基础，钢筋混凝土基础属于—柔性________ 基 础。 14. 浅基础一般分为单独基础，_条形基础_、伐板基础和箱形基础、壳体基础。 15. 埋置深度大于_ 5米______ 或大于基础宽度的基础，称为深基础。 16. 桩按荷载传递方式分为端承桩和 _摩擦桩_。 17. 建筑物的基本构建可分为梁、板、—柱_、拱。 18. 梁和板都是工程结构中的 _受弯—构件。 19. 梁按支撑方式可分为—简支梁_、悬臂梁和连续梁。 20. 柱是工程结构中的 _ 受压—构件。 21. 框架结构承受—竖向—荷载能力强，但承受水平荷载能力差。 22. 当前我国的公路等级按照其使用任务、功能和适应的交通量分为_ 5 —个等 级。 《土木工程概论》综合复习题 一、名词解释 1.绿色建材 2.单向板、双向板 3.胶凝材料 4.虎克定律 5..建筑工程 6.柔性路面和刚性路面 7.荷载、荷载效应 8.建设监理 9.人防工程 10.先张法 11.可变荷载 12.钢材的疲劳及疲劳强度 13.特种结构 14.柔性路面和刚性路面 15.荷载、荷载效应 16.定位轴线 二、简答题 1.高层与超高层结构的主要结构形式有哪些？ 2.简述钢筋和混凝土之所以可以共同工作的原因？ 3.简述桥梁技术的发展方向？ 4.简述工程荷载一般分为哪几类？ 5.简述一般建筑用的钢筋混凝土的优点和缺点？ 6、简述现代土木工程的特点有哪些？ 7、基础的结构形式有哪些？ 8、简述地基处理的主要目的？ 9、简述土木工程结构失效的几种形式？ 10、简述我国土木工程基本建设程序的阶段。 11、大跨度建筑主要有哪些结构形式？ 12、桥梁的结构形式有哪些？ 13、水利工程的特点？ 14、什么是房屋建筑中的围护结构和受力结构，请举例说明？ 15、伸缩缝、沉降缝、抗震缝有什么异同？ 16、简述工程建设监理的特点有哪些？ 17、我国抗震设计的基本原则是什么？并简要解释其含义。 18、房屋建筑的层高与净高的区别？ 三、综合分析题 1、谈谈对未来从事土木工程专业应具备的基本素质和你对未来职业规划的设想。相关要求如下： (1)字数原则上要求800字以上。 (2)论文要求论点明确，论据充分。 《土木工程概论》综合复习题答案 一、名词解释 1、绿色建材是指在原料采取、生产制造、使用或者再循环以及废料处理等环节中对地球环境负荷最小和有利于人类健康的材料 2、单向板指板上的荷载沿一个方向传递到支撑构建的板上；双向板指板上的荷载沿两个方向传递到支撑构建的板上 3、凡能在物理化学作用下，从浆体变为坚固的石状体，并能交接其他物料而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料 4、虎克定律：固体材料受力之后，材料中的应力与应变（单位变形量）之间成线性关系。许多材料在不超过它的弹性极限时，服从虎克定律。 5、为新建、改建或扩建房屋建筑物和所附属构筑物设施所进行的规划、勘察、设计和施工、竣工等各项技术工作和完成的工程实体，也是指各种房屋、建筑物的建造工程。 6、柔性路面指的是刚度较小、抗弯拉强度较低，主要靠抗压、抗剪强度来承受车辆荷载作用的路面。刚性路面指的是刚度较大、抗弯拉强度较高的路面。一般指 土木工程概论习题 第一章绪论 1.1土木工程概论课程的任务 1、简述土木工程的概念及其包含的内容。 答：概念：土木工程是建造各类工程设施的科学技术的总称，它即指工程建设的对象，即建在地上、地下、水中的各种工程设施，也指所应用的材料、设备和所进行的勘探设计、施工、保养、维修等技术。 包含的内容：基础工程、房屋建筑工程、交通土建工程、桥梁工程、港口工程、地下工程、水利水电工程。 1.2土木工程发展历史概述 1、简述古代土木工程的特点。 答：没有系统的设计理论，主要依靠经验 2、简述近代土木工程的特点。 答：（1）、有了比较系统的设计理论，如1683年意大利学者伽利略发表了“关于两门新科学的对话”，首次用公式表达了梁的设计理论；1687年牛顿总结出力学三大定律，为土木工程奠定了力学分析基础；1825年，法国的纳维于1825年建立了土木工程中结构设计的容许应力法。（2）、从材料方面讲，1824年波特兰水泥发明；1867年钢筋混凝土开始应用于土木工程；1859年转炉法炼钢发明 3、简述现代土木工程的特点。 答：（1）、功能要求多样化：由于电子技术，精密机械，生物基因工程，航空航天等高技术工业的发展，许多工业建筑提出了恒湿、恒温、防微震、防腐蚀、防辐射、防磁、无微尘等要求，并向跨度大、分隔灵活、工厂花园化的方向发展。 （2）、城市建设立体化：经济发展、人口增多，造成城市用地紧张、交通拥挤。 （3）、交通工程快速化：市场经济要求运输系统快速、高效，现代化技术的进步提供了条件。（4）、工程设施大型化 1.2土木工程的未来 1、目前土木工程面临的形势有哪些？ 答：（1）、世界正经历工业革命以来的有一次重大变革，这便是信息（包括计算机、通信、网络等）工业的迅猛发展，可以预计人类的生产、生活方式将会发生重大变化。 （2）、航空、航天事业等高科技事业的发展，月球上已经留下了人类的足迹，对火星及太阳系内外星空的探索已取得了巨大进步。 （3）、地球上居住人口激增，目前世界人口已经达60亿，预计21世纪末，人口要接近百亿。地球上的资源有限，日益浩劫 （4）、生态环境受到严重破坏，随着工业的发展、技术的进步，人类的生存环境却日益恶化。 2、未来土木工程的发展趋势？ 答：（1）、重大工程项目将陆续兴建 （2）、土木工程将向太空、海洋、荒漠地开拓 （3）、工程材料向轻质、高强、多功能化发展 传统材料的改性、化学合成材料的应用 （4）、设计方法精确化，设计工作自动化 （5）、信息和智能化技术全面引人土木工程 练习题 第1章绪论 土木工程概论课程的任务，土木工程的历史简述、国际与国内现状和发展方向。 一、不定项选择题 1. 中国最早的土木工程教育是始自哪所大学 ( ) A，清华大学 B，天津大学 C，东南大学 D，上海交通大学 2. 都江堰渠首工程，主要有哪三大部分构成（） A，鱼嘴分水堤 B，飞沙堰溢洪道 C，百丈堤 D，宝瓶口进水口 3. 古代土木工程有以下几种主要结构形式（） A，木结构 B，钢结构 C，石结构 D，砖结构 4. 近现代土木工程主要特征是（） A，有力学和结构理论作指导 B，砖、瓦、木、石等建筑材料广泛使用 C，混凝土、钢材、钢筋砼以及早期的预应力砼得到发展 D，施工技术进步很大 5. 埃菲尔铁塔于1887年1月动工，1889年4月竣工，建成后的铁塔高（） A，350米 B，360米 C，320米 D，300米 6. 1937年，茅以升先生主持建造的钱塘江大桥是公路、铁路两用的双层（）桥梁。 A．钢结构 B.钢筋-混凝土结构 7. 古代土木工程的特点有( ) A. 砖石结构建筑多见 B. 木结构技术已很高超 C. 水利工程大兴 D. 交通网还很落后 8. 大跨度建筑一般见于( ) A. 大厦 B. 广场 C. 体育馆 D. 电视塔 9. 下列你将开设的大学课程中不属于讲授基本理论的课程是( ) A. 材料力学 B. 流体力学 C. 钢结构设计 D. 工程地质学 10. 做为一名成功的土木工程师你必备的能力有( ) A. 良好的交际能力 B. 自主学习的能力 C.严谨的逻辑推理 D.大胆创新的能力 11. 近百年来,土木工程的结构材料主要是( ) A. 化学合成材料 B.钢材 C. 混凝土 D. 砖石 12. 土木工程形成为一门独立学科是在( ) A．近代 B.现代 二、判断题 1.目前世界最高的大厦在中国台北 ( ) 2.世界上开始土木工程的教育最早的学校是巴黎国际路桥高等学校 ( ) 3.长度居世界第三的苏伊士运河是我国京杭大运河的1／8 ( ) 4.每当出现新的建筑材料时，土木工程就有飞跃式的发展。土木工程的三次飞跃发展是砖 瓦的出现、钢材的大量运用、框架混凝土结构的兴起。 ( ) 5.中国历代封建王朝建造的大量宫殿和庙宇建筑，均系木构架结构。它是用木梁、砖柱做 成承重骨架，用木制斗拱做成大挑檐。 ( ) 6.军用防护工程如战壕、掩体等也与房屋建筑一样都属于土木工程。 ( ) 7.到现代，土木工程结构设计才有了比较系统的理论指导。 ( ) 8.你现在选择了土木工程,也就是说你的主要任务是掌握土木工程的相关技术. ( ) 第一章 1、由生产、输送、分配与消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体称为电力系统。 2、输送与分配电能的部分称为电力网,或电力网络,包括升、降压变压器与各种电压等级的输电线路。 电力网 + 发电机 = 电力系统 (输送,分配) 动力系统:包括所有,把水轮机也包进去 3、输送功率一定时,输电电压越高,电流越小,导线电阻一定时,导线损耗也相应减小。理论上,输电线路的输电能力与输电电压的平方成正比。 4、国家从设备设计制造角度考虑,为保证生产的系列性,就规定了一系列的标准的电压等级,又称额定电压。3/6/10/35/110/220/330/500 5、 同一个电压等级下(同一行中),各种设备的额定电压并不完全相等。 6、电压等级越高,传输功率随传输距离增大下降得越快。 7、我国规定电力系统的额定频率为50Hz,简称工频或基频。 频率:50Hz 允许偏移:±0、2~±0、5Hz 与有功功率有关 电压:35kV 及以上的允许偏差为±5% 10kV 及以下的允许偏差为±7% 与系统的无功功率有关 波形:6~10kV 供电电压的波形畸变率不超过4% 0、38kV 供电电压的波形畸变率不超过5% 8、每一个负荷都只能沿唯一的路径取得电能的网络,称为开式网络。 有备用接线的网络中,每一个负荷点至少通过两条线路从不同的方向取得电能,统称为闭式网络。 第二章 jX R V S +=2e && 1、 电力线路包括:输电线路与配电线路。 从结构上分为:架空线路、电缆线路 2、 架空线路由导线、避雷线(即架空地线)、杆塔、绝缘子与金具等主要部件组成。 3、 导线型号后的数字代表主要载流部分(非整根导线)额定截面积的平方毫米数 4、绝缘子片数越多,电压等级越高 5、 在220kV 及以上的超高压架空线路上,为了减小电晕放电与单位长度电抗,普遍采用分裂导线。 6、 分裂导线由数根相同的钢芯铝绞线并联构成,每相导线分裂成若干根,各根导线之间每隔一定长度用金具支撑,以固定尺寸。所用的导线根数称分裂数,常用的有2、3与4分裂。 7、 普通的分裂导线的分裂根数一般不超过4,而且就是布置在正多边形的顶点上。正多边形的边长d 称为分裂间距,一般取40cm 左右。 8、 ∵d>>Ds,∴Dsb>Ds,∴L 分裂 《电气工程基础》课程教学大纲 课程代码：0801758 课程负责人：刘涤尘 课程中文名称：电气工程基础 课程英文名称：Foundation of Power Engineering 课程类别：必修 课程学分数：5 课程学时数：90 授课对象：电气工程与自动化专业大三学生 本课程的前导课程：《工程数学》、《电工基础》、《电机学》、《电子技术》、《自动控制理论》、《计算机技术基础》。 一、教学目的 使学生建立电力系统的基本概念，掌握电力系统稳态分析、电力系统故障分析的基本原理及计算方法，熟悉电力系统稳定的基本概念。使学生了解高电压交、直流输电技术的基本概念、远距离输电线路的自然功率与电压分布、各种过电压的形成及其限制措施；建立二次系统的概念，看懂二次接线图，了解电力系统继电保护、自动装置的原理及作用，了解电力系统通信的基本原理。 二、教学要求 熟悉“电力系统的组成和运行；电力系统的负荷特性与模型；简单电力系统稳定的基本物理概念和提高电力系统稳定性的措施；远距离输电线路的自然功率与电压分布；发电厂、变电所常用的控制与信号系统；电力系统常用的三种主要通信方式光纤通信、微波中继通信和电力线载波通信的基本原理；电力系统调度自动化的基本原理；配电网自动化的构成及功能。” 掌握“电力系统主设备元件的物理特性及等值电路；标幺值的概念、计算方法；各种操作过电压的形成及其影响因素；数字通信的基本原理；同步发电机同期并列装置和电力系统自动低频减负荷等电力系统常用的自动控制装置的基本原理。” 重点掌握“电力系统经典潮流计算的基本方法、电力系统有功功率与频率之间的关系、无功功率与电压之间的关系以及电力系统经济运行的基本概念和计算方法；电力系统对称和简单不对称故障的物理过程分析和计算方法；架空输电线路、变电站的雷害过程及防雷措施；输电线路电流保护的整定计算原则以及变压器纵差动保护的基本原理。” 土木工程概论试题及答案 [土木工程概论考试复习题] 第1章绪论 一、学习重点 (一)基本概念 1、土木工程:土木工程就是建造各类工程设施的科学技术的总称,它既指工程建设的对象,即建在地上、地下、水中的各种工程设施,也指所应用的材料、设备与所进行的勘测设计、施工、保养、维修等技术。 2、基本建设:国家将工厂、矿井、铁道、公路、桥梁、农田水利、商店、住宅、医院、学校、给水排水、煤气输送等工程建设称为基本建设。 3、信息化施工:在施工过程中所涉及的各部分各阶段广泛应用计算机信息技术,对工期、人力、材料、机械、资金、进度等信息进行收集、存储、处理与交流,并加以科学地综合利用,为施工管理及时、准确地提供决策依据。 4、可持续发展:就是指“既满足当代人的需要,又不对后代人满足其需要的发展构成危害”。 (二)基本知识与基本理论 1、土木工程概论课程的任务 “土木工程”包括哪些内容?“土木工程”专业的学生要学习哪些知识、掌握哪些基本技能、具备哪些能力?怎样才能学好等?回答这些问题便就是本书的主要任务。 土木工程的内容非常广泛,它与广大人民群众的日常生活密切相关,在国民经济中起着非常重要的作用。 土木工程的范围包括房屋建筑工程、公路与城市道路工程,铁路工程,桥梁工程,隧道工程,机场工程,地下工程,给水排水工程,港口、码头工程等。 2、土木工程发展历史简述 土木工程的发展经历了古代、近代与现代三个阶段。 现代土木工程的特点有: ①功能要求多样化;②城市建设立体化;③交通工程快速化;④工程设施大型化。 3、土木工程的未来 土木工程目前面临的形势就是: ①信息(包括计算机、通讯、网络等)工业的迅猛发展。②航空、航天事业等高科技事业的发展。③地球上居住人口激增,而地球上的土地资源就是有限的,并且会因过度消耗而日益枯竭。④生态环境受到严重破坏,随着工业的发展、技术的进步而人类生存环境却日益恶化。 (1)重大工程项目将陆续兴建 ①为了解决城市土地供求矛盾,城市建设将向高、深方向发展。 ②目前高速公路、高速铁道的建设仍呈发展趋势。 ③在航空港及海港与内河航运码头的建设也会在不久的将来取得巨大的进步。 (2)土木工程将向太空、海洋、荒漠地开拓。 (3)工程材料向轻质、高强、多功能化发展(21世纪在工程材料方面希望有较大突破:①传统材料的改性;②化学合成材料的应用) (4)设计方法精确化、设计工作自动化 《电气工程基础》习 题集 [键入公司名称] 《电气工程基础》习题教材配套《电能系统基础》 高文 2010/4/21 [在此处键入文档的摘要。摘要通常是对文档内容的简短总结。在此处键入文档的摘要。摘要通常是对文档内容的简短总结。] 第1章电能系统概论 1.1 思考题： 1、电能系统与电力系统的定义？ 2、电力系统元件中的用电设备，发电机，变压器，线路的额定电压怎样确定？它们之间具有什么关系？ 3、若将升压变压器和降压变压器互换使用，对系统的运行电压有何影响？ 4、电压等级标准的确定原则怎样？ 5、输电线路由哪几部分组成？各部分作用怎样？ 6、负荷曲线分为哪几类？它们有什么用途？什么是负荷特性？它与负荷曲线有什么区别？ 7、切断交流电弧和直流电弧有什么区别？ 8、比较断路器，隔离开关，负荷开关的异同？ 9、电流互感器，电压互感器的误差各与什么有关？ 10、电能系统的接线方式分为哪两类？各有什么特点？ 11、电力系统中性点运行方式有什么特点？什么是有效接地，非有效接地？ 12、电能系统运行有什么特点？对电能系统运行有什么要求？ 13、现代电能系统的监控自动化系统有哪些功能？ 14、电力系统继电保护有哪几类？继电保护的基本特性有哪些？ 15、导线的截面大小对其电阻、电抗、电导和电纳的影响如何？ 16、输电线路的等效电路有几种？已知始端电压，始端电流用不同的等值电路求得的末端电压和末端电流是否一样？ 17、电晕损耗是什么损耗？它在线路等值电路中用什么参数表示？ 1.2 作业题 1． 某电力系统的部分结线如图所示。各线路的额定电压等级已示于图中。 试求：1）发电机G-1，G-2，G-3的额定电压。2）变压器T-1到T-7的各绕组的额定电压。 2． 某系统的日负荷曲线如下所示，求此系统的m ax T 、av P 及全系统一年内的 电能消耗。 220KV 第一章绪论 1．识记：（1）土木工程的内涵 土木工程在英语里称为Civil Engineering，译为“民用工程”。它的原意是与“军事工程”（ Military Engineering）相对应的。在英语中，历史上土木工程、机械工程、电气工程、化工工程都属于Civil Engineering，因为它们都具有民用性。后来，随着工程技术的发展，机械、电气、化工都已逐渐形成独立的学科，Civil Engineering就成为土木工程的专用名词。 （2）土木工程建设的含义（★重点掌握） 土木工程是指建造各类工程设施的科学技术的总称。它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养维修的等技术活动；也指工程建设的对象，即建造在地上或地下、陆上或水中、直接或间接为人类生活、生产、军事、科学研究服务的各种工程设施。 （3）我国古代建筑的特点 木结构占主导地位 2．领会：（1）土木工程基本属性（★重点掌握） 1）综合性 2）社会性 3）实践性 4）技术上、经济上和建筑艺术上的统一性 （2）现代土木工程的特点 1）土木工程功能化 2）城市建设立体化 3）交通运输高速化 3．简单应用：无 4．综合应用：无 第二章土木工程主要类型 1．识记：（1）土木工程的主要类型（★重点掌握） 建筑工程、桥梁工程、公路与道路工程、铁路工程、隧道工程、水利工程、港口城、海洋工程、给水及排水工程和环境工程等。 （2）钢筋混凝土楼盖按施工方法的分类 分为现浇整体式楼盖和装配式楼盖。 （3）常见网架节点的种类 网架的节点构件有焊接球节点和螺栓球节点两种。焊接球节点有焊接钢板节点和焊接空心球节点。 （4）路面的排水坡度要求（★重点掌握） 为了排水，路面及路肩应做一定的坡度，i1及i2。它随路面的平整度而异，如混凝土路面i1为1%～1.5%；沥青路面i1为1.5%～2.5%；i2一般较i1大1%～2%。 2．领会：（1）房屋工程的分类（★重点掌握） 房屋工程按其层数分，有单层、多层、高层、超高层。 房屋工程按其材料分，则有砌体结构的、木结构的、混凝土结构的、钢结构和混合结构的。 （2）楼梯的常见种类 楼梯有板式、梁式、剪刀式及螺旋式。 （3）变形缝的种类（★重点掌握） 按其作用不同分为温度缝、沉降缝和防震缝。 （4）桥梁工程的不同类别和结构形式（★重点掌握） 板梁桥、刚架桥、拱桥、桁架桥和桁架拱、索桥 （5）板梁桥的几种常见截面形式 钢筋混凝土简支板桥、板梁式体系、箱形截面桥 3．简单应用：（1）房屋的构造组成（★重点掌握） 房屋工程的构造组成：它主要由基础、墙或柱、楼板、楼地面、楼梯、屋顶、隔墙、门窗等部分组成。 （2）多层及高层建筑的结构形式（★重点掌握） 砌体结构、框架体系、剪力墙体系、内芯与外伸体系、筒式体系、混合体系。 （3）桥墩台的概念及作用（★重点掌握） 桥梁结构的支承，在两端的称为桥台，中间的称为桥墩。桥台的作用是将荷载传递给地基基础，使桥梁与路基相连，并承受桥头填土的水平土压力。桥墩连接相邻两孔桥跨结构，除了要承受桥面上的荷载，还要承受水流压力乃至船只的撞击力。 （4）路面结构层的组成及各部分的作用（★重点掌握） 路面结构层分为面层、基层、底层和垫层。各层作用不同。面层由承重层、磨耗层和保 2-2 何谓负荷特性？负荷特性如何分类？ 答：电力系统综合负荷取用的功率一般要随系统运行参数（主要试电压U 或频率f ）的变化而变化，反映这种变化规律的曲线或数学表达式称为负荷特性。 负荷特性有静态特性和动态特性之分。 2-3 何谓谐波含量、谐波总崎变率和谐波含有率？ 答：谐波含量是指各次谐波平方和的开方，分为谐波电压含量和谐波电流含量。 谐波电压含量可表示为 H U = 谐波电流含量可表示为 H I =的比值的百分数称为谐波总崎变率，用THD 表示。由此可得： 电压总崎变率为 1 100%H U U THD U =?电流总崎变率为 1 100%H I I THD I =? 3-5. 交流电弧的特点是什么？采用哪些措施可以提高开关的熄弧能力？ 答：交流电弧的特点是电流每半个周期要经过零值一次。在电流经过零值时，电弧会自动熄灭。加速断口介质强度的恢复速度并提高其数值是提高开关熄弧能力的主要方法： (1) 采用绝缘性能高的介质 (2) 提高触头的分断速度或断口的数目，使电弧迅速拉长；(电弧拉长，实际上是使电弧上的 电场强度减小，则游离减弱，有利于灭弧，伏安特性曲线抬高) (3) 采用各种结构的灭弧装置来加强电弧的冷却，以加快电流过零后弧隙的去游离过程。 4-11. 中性点接地方式有几种类型？概述它们的优缺点。 答：中性点的接地方式可分为两大类：一类是大电流接地系统（或直接接地系统），包括中性点直线接地或经小阻抗接地；另一类是小电流接地系统（或非直接接地系统），包括中性点不接地或经消弧线圈接地。 在大电流接地系统中发生单相接地故障时，接地相的电源将被短接，形成很大的单相接地电流。此时断路器会立即动作切除故障，从而造成停电事故。单相接地短路后，健全相的电压仍为相电压。 在小电流接地系统中发生单相接地故障时，不会出现电源被短接的现象，因此系统可以带接地故障继续运行（一般允许运行2小时），待做好停电准备工作后再停电排除故障。可见采用小电流接地的运行方式可以大大提高系统供电的可靠性。但这种运行方式的缺点是，发生单相接地时非接地相的对地电压将上升为线电压，因此线路及各种电气设备的绝缘均要按长期承受线电压的要求设计，这将使线路和设备的绝缘费用增大。电压等级愈高，绝缘费用在电力设备造价中所占的比重也愈大。 西安交通大学 “电气工程概论”课程教学大纲 英文名称：Introduction of Electrical Engineering 课程编号：EELC3016 学时：48 学分： 3 适用对象：电气工程学院三年级本科生 先修课程：数学，电路，电机学等。 使用教材及参考书： 王锡凡主编，“电力工程基础”西安交通大学出版社1998年 刘涤尘主编，“电气工程基础”武汉理工大学出版社2002年 刘笙主编，“电气工程基础”(上、下册) 科学出版社2002年 一、课程性质、目的和任务： “电气工程概论”是电气工程及自动化学院的院级基础课，课程内容涉及电气工程学院各专业基础知识。目的在于了解电气工程领域的概况，对电气工程中各学科的研究内容及其相互关系有一个全面的了解和认识，为进一步学习专业课程打好基础。主要内容包括：电气技术的发展，电力系统的构成和特点，电力系统稳态运行分析基础，电力系统故障分析基础，高、低压开关电器基本理论，电气主设备及主接线，高电压绝缘的基本理论，电力系统过电压，继电保护，电力系统稳定性分析，远距离大容量输电等。 二、教学基本要求： 1．使学生对电气工程领域有全面的了解，用全局的观点去认识、了解电气工程领域的知识。 2．使学生了解电气工程相关领域及相互关系。 3．掌握电气工程领域基本知识的分析和计算方法，培养学生分析和解决电气工程问题的能力。 4．了解电气工程的发展趋势及电气工程领域的新技术。 三、教学内容及要求 第一章电气技术的发展及电力系统的构成 1.电气技术的发展及应用。 2.近代电力系统的发展。 3.国内电力系统简介。 4.电力系统的特点和运行的基本要求。 第二章电力系统稳态运行分析 土木工程概论——复习提要 第1章绪论练习题 名词解释题 1、土木工程； 2、基本建设； 3、信息化施工； 4、可持续发展。 单项选择题 1、（）是建造各类工程设施的科学技术的总称。 A、土木工程； B、基本建设； C、信息化施工； D、可持续发展。 2、中国的北京故宫属于（） A、钢结构 B、砖石结构 C、木结构 D、钢筋混凝土结构 3、以下著作中不属于土木工程著作的是（） A、《考工记》 B、《史记》 C、《营造法式》 D、《论建筑》 4、1825年、法国的纳维建立的土木工程结构设计方法是（） A、容许应力法 B、极限应力法 C、最大强度设计法 D、基于概率的极限状态设计法 5、（）是指“既满足当代人的需要，又不后代人满足其需要的发展构成危害”。 A、土木工程； B、基本建设； C、信息化施工； D、可持续发展。 6、（）向轻质、高强、多功能化发展。 A、工程材料； B、土木工程； C、技术； D、设计。 7、居住建筑，按层数来划分：（）层及以上为高层建筑。 A、10 B、9 C、15 D、30 8、用土木工程分析的仿真系统的技术指导设计可大大提高工程结构的（）。 A、可靠性； B、真实性； C、观赏性； D、实用性。 9、（）应具有信息收集，快速处理，优化决策，大型可视化系统等功能。 A、智能化建筑； B、信息化施工； C、仿真系统； D、智能化交通。 10、无论住宅建筑还是公共建筑，建筑物高度超过（）时均为超高层建筑 A、100m B、120m C、150m D、90m 多项选择题 1、建筑物可以按其功能性质分为（） A、工业建筑 B、农业建筑 C、民用建筑 D、公共建筑 2、现代土木工程的特点有（）。 A、功能要求多样化； B、城市建设立体化； C、交通工程快速化； D、工程设施大型化。 3、在建设与使用土木工程过程中与（）有密切关系，贯彻“可持续发展”原则影响很大。 A、能源消耗； B、资源利用； C、环境保护； D、生态平衡。 简答题 1、什么是“土木工程”？ 第2章土木工程材料练习题 判断与改题 1、水泥浆体在常温下会逐渐变稠直到开始失去塑性，这一现象称为水泥的凝结。（） 2、既能在空气中又能在水中硬化的称为气、水硬性胶凝材料，如水泥。（） 3、功能材料是承受荷载作用的材料。（） 名词解释题 1、天然砂； 2、硅酸盐水泥； 3、绿色建材。 第一章基础工程 一、不定项选择题 1，工程地质勘查的目的主要有（） A, 查明工程地质条件B, 分析存在的地质问题 C, 寻找适宜的施工地区D, 对建筑地区做出地质评价 2，工程地质勘查的步骤包括（） A, 可行性勘查B, 初步勘查 C, 深入勘查D, 详细勘查 3，属于工程地质测绘方法的是（） A, 像片成图法B, 航空摄影法 C, 实地测绘法D, 遥感成像法 4，（） A, 坑、槽探B, 钻探 C, 遥感勘探D, 地球物理勘探 5，在《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）中20层以上高层建筑的安全等级定为（）A, 特级B, 一级 C, 二级D, 三级 6，《岩土工程勘察规范》（GB50021-94）中将艺术建筑的安全等级定为（）A, 特级B, 一级 C, 二级D, 三级 7，根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-94），工程安全等级为三级、场地等级为二级、地基等级为一级时，岩土工程勘察等级应为（） A, 特级B, 一级 C, 二级D, 三级 8，高层建筑在岩土工程勘察报告中需要对以下哪些问题进行分析评价（）A, 地基承载力B, 地层构造 C, 环境问题D, 抗震设计 9，以下选项中不属于公路工程地质勘察主要内容的是（） A, 地基承载力B, 路线勘察 C, 桥渡勘察D, 隧道勘察 10，公路线路必须绕逼的不良地质地段是（） A, 暗河区B, 滑坡地段 C, 深层沼泽D, 冻胀地段 11，隧道工程地质勘察的详细勘察阶段的主要工作有（） A, 核对初勘地质资料B, 勘察初勘未查明的地质问题 C, 确定隧道最佳路线D, 对初勘提出的重大地质问题做细致调查12，浅基础按基础刚度的不同可分为（） A, 刚性基础B, 柔性基础 C, 扩展基础D, 拓展基础 13，有利于避免地基不均匀沉降的建筑结构特点是（） A, 平面简单B, 立面高差小 C, 长高比小D, 自重轻 14，刚性基础常用的建筑材料有（） A, 混凝土B, 粗石料 C, 钢筋混凝土D, 砖 15，在墙下基础中加入肋梁是为了提高基础的（） A, 整体性B, 纵向抗弯能力 C, 横向抗剪能力D, 抗拉能力 16，我国浙江余姚河姆渡村文化遗址中的木桩结构距今约有（）年的历史A, 12000 B, 14000 C, 7000 D, 6000 17，桩按施工方法可分为哪两类（） A, 端承桩B, 摩擦桩 C, 预制桩D, 浇注桩 18，下列建筑中用到沉井基础的有（） A, 上海杨浦大桥B, 南京长江大桥 C, 天津永和斜拉桥D, 美国STOLOUIS大桥 19，沉井基础的缺点包括（） A, 施工期长B, 施工较困难 C, 稳定性差D, 埋置深度不易太大 20，下列选项属于深基础的有（） 《电气工程基础》题解（第1章） 1-1 简述我国电力工业的现状和发展前景？ 答：建国以来我国的电力工业得到了飞速的发展，在电源建设、电网建设和电源结构建设等方面均取得了世人瞩目的成就。目前我国电力工业已进入“大机组”、“大电网”、“超高压”、“高自动化”的发展阶段。截至2000年，全国装机容量已达316GW，年发电量1.3*1012KW?h,均居世界第二位，成为一个电力大国。不过与发达国家相比仍有较大差距。主要体现在，我国电力工业的分布和发展还很不平衡，管理水平和技术水平都有待提高，人均占有电力也只有0.25KW。电力工业还需持续、稳步地发展。 我国电力工业地发展方针是一方面优先开发水电、积极发展火电、稳步发展核电、因地制宜利用其他可再生能源发电，搞好水电的“西电东送”和火电的“北电南送”建设；另一方面，要继续深化电力体制改革，实施厂网分开，实行竞价上网，建立竞争、开放、规的电力市场。 随着总装机容量为18200MW的三峡水电站的建成，将为我国的电力工业发展注入强大的活力和深远的影响。2009年三峡电站全部建成投产后，将会通过15回500KV交流输电线路和3回500KV直流双极输电线路，将其巨大的电能向周围的区域电网辐射，逐步建成以三峡电站为核心的全国联合电网。 1-2 电能生产的主要特点是什么？组成电力系统运行有何优点？ 答：电能生产主要有以下特点： ⑴电能的生产和使用同时完成。在任一时刻，系统的发电量只能取决于同一时刻用户的用电量。因此，在系统中必须保持电能的生产、输送、和使用处于一种动态的平衡。 ⑵正常输电过程和故障过程都非常迅速。电能是以电磁波的形式传播的，所以不论是正常的输电过程还是发生故障的过程都极为迅速，因此，为了保证电力系统的正常运行，必须设置完善的自动控制和保护系统。 ⑶具有较强的地区性特点。电力系统的规模越来越大，其覆盖的地区也越来越广，各地区的自然资源情况存在较大差别，因此制定电力系统的发展和运行规划时必须充分考虑地区特点。 第一章 1. 由生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体称为电力系 统。 2. 输送和分配电能的部分称为电力网， 或电力网络，包括升、降压变压器和各种电压等 级的输电线路。 电力网 + 发电机=电力系统 （输送，分配） 动力系统：包括所有，把水轮机也包进去 3. 输送功率一定时，输电电压越高，电流越小，导线电阻一定时，导线损耗也相应减小 等级，又称额定电压。3/6/10/35/110/220/330/500 5. 同一个电压等级下（同一行中），各种设备的额定电压并不完全相等。 6. 电压等级越高，传输功率随传输距离增大下降得越快。 7. 我国规定电力系统的额定频率为 50Hz,简称工频或基频。 频率：50Hz 允许偏移：士 0.2~± 0.5Hz 与有功功率有关 电压：35kV 及以上的允许偏差为士 5% 10kV 及以下的允许偏差为士 7% 与系统的无功功率有关 波形：6~10kV 供电电压的波形畸变率不超过4% 0.38kV 供电电压的波形畸变率不超过 5% 8. 每一个负荷都只能沿唯一的路径取得电能的网络，称为开式网络。 有备用接线的网络中，每二个负荷点至少通过两条线路从不同的方向取得电能，统称 为闭式网络。 第二章 理论上，输电线路的输电能力与输电电压的平方成正比。 4.国家从设备设计制造角度考虑，为保证生产的系列性, S e R jX 就规定了一系列的标准的电压 1. 电力线路包括：输电线路和配电线路 从结构上分为：架空线路、电缆线路 2. 架空线路由导线、避雷线（即架空地线）、杆塔、绝缘子和金具等主要部件组成。 3. 导线型号后的数字代表主要载流部分（非整根导线）额定截面积的平方毫米数 4. 绝缘子片数越多，电压等级越高 5. 在220kV 及以上的超高压架空线路上，为了减小电晕放电和单位长度电抗，普遍采 用分裂导线。 6. 分裂导线由数根相同的钢芯铝绞线并联构成，每相导线分裂成若干根，各根导线之 间每隔一定长度用金具支撑，以固定尺寸。所用的导线根数称分裂数，常用的有 2、3 和4分裂。 7. 普通的分裂导线的分裂根数一般不超过 4,而且是布置在正多边形的顶点上。正多 边形的边长d 称为分裂间距，一般取40cm 左右。 L 门厶 2 D s 8. v d ＞＞Ds 二Dsb ＞Ds 二L 分裂＜L 单。且分裂数越多，D s 越大L 越小电抗越小。 9. 电晕的出现与施加线路上的电压有关，而与线路上通过的电流大小无关，电晕开始 出现的电压称为临界电压。 10. v d?r ,「. req ＞r ,「. C 分裂＞C 单。电容C 随分裂数增大而增大。 11. 电纳 B 也随分裂数增大而增大。 12. 例2-2有一 330kV 架空输电线路，导线水平排列，相间距离 8m ,每相采用2X LGJQ800分裂导线，分裂间距为 400mm ，计算直径为 23.5mm ，试求线路参数。r =31.5om ? mm2/km 13. d 当架空线路＞1000km,电缆线路＞300km 时，需要用金耐黎系数进行修正；_（2丄当 架空线路＜300km,电缆线路＜50~100km 时，各修正系数均可取1; （3） 35kV 及更低电压 的架空线路，不计并联导纳。等值电路只有一个串联阻抗 Z ; (4)_工程计算中，当线 路＞300km,用若干个串级联接的p 型等值电路来模拟，每一个p 型等值电路代替长度 为200km~300km 的一段线路。采用修正 0.0241 10土木工程概论试题及参考答案
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