西南交通大学计算流体力学

工程流体力学A
题目
广华大道田湾段棱柱形长直排水渠道设计
1. 设计资料
流量: 33.5m /s =Q
渠长：100m =l
土质：细砂土，免冲最大允许流速max 0.32m/s =v 。

稳定边坡系数： 1.5=m
渠壁糙率：0.025=n
渠底坡度：避免高填深挖，根据地形条件确定，取0.005=i。

渠道安全超高（设计水位至渠顶高差）：20cm =f
沿线地面高程、渠顶起点k0+000高程见表1。

图1 渠道断面形式
2.设计要求
●简答：何谓明渠水力最优断面?
●按水力最优概念进行长直棱柱形渠道断面尺寸设计（附计算书）
●完成表2中沿线各高程计算
●判断渠道水流流态（急流或缓流）
●判断渠道底坡性质（急坡或缓坡）
●检算渠道是否需要加固？
●检算渠道可安全（保证不漫顶）通过的最大流量？
3.参考书
●禹华谦主编，工程流体力学（水力学），第4版，西南交通大学出版社，2018
年8月。

●禹华谦、罗忠贤，流体力学简明教程（第2版），天津大学出版社，2019
年8月。

●禹华谦主编，工程流体力学，第3版，高等教育出版社，2017年2月。

4.学生作业说明：必须按设计要求手写完成，否则以零分记载成绩。

本答案要求手写，手写版的答案在下方答题页上，文档最下方有注意事项，务必读一读！
简答：何谓明渠水力最优断面?
最优断面是指面积一定而过水能力（流量Q)最大的明槽(渠)断面。

或可定义为通过流量一定而湿周最小的明槽(渠)断面。

西交《流体力学》在线作业1. 变直径管，直径d1=320mm，d2=160mm，流速V1=1.5m/s。

则V2为：()A. 3m/sB. 4m/sC. 6m/sD. 9m/s正确答案：C 满分：2 分得分：22. 非恒定流动中，流线与迹线：()A. 一定重合B. 一定不重合C. 特殊情况下可能重合D. 一定正交正确答案：C 满分：2 分得分：23. 流线与流线在通常情况下：()A. 能相交，也能相切B. 仅能相交，但不能相切C. 仅能相切，但不能相交D. 既不能相交也不能相切正确答案：C 满分：2 分得分：24. 一维流动中“截面积大处速度小，截面积小处速度大”成立的必要条件：()A. 理想流体B. 黏性流体C. 可压缩流体D. 不可压缩流体正确答案：D 满分：2 分得分：25. 速度势函数和流函数同时存在的条件：()A. 二维不可压缩连续流动B. 二维可压缩连续流动C. 二维不可压缩连续且无旋流动D. 三维不可压缩连续流动正确答案：C 满分：2 分得分：26. 速度势函数存在于()流动中。

A. 不可压缩流动B. 处处无旋C. 任意平面D. 平面连续正确答案：B 满分：2 分得分：27. 在()流动中会出现边界层。

A. 小雷诺数B. 大雷诺数C. 任何不能忽略黏性效应的D. 任何可以忽略黏性效应的正确答案：C 满分：2 分得分：28. 在()流动中，流线和迹线是重合的。

A. 无旋流动B. 有旋流动C. 恒定流动D. 非恒定流动正确答案：C 满分：2 分得分：29. 两根直径不同的圆管，在流动雷诺数Re相等时，它们的沿程阻力因数：()A. 一定不相等B. 粗管的一定比细管的大C. 可能相等D. 粗管的一定比细管的小正确答案：C 满分：2 分得分：210. 两根直径相同的圆管，以同样的速度输送水和空气，不会出现()情况。

A. 水管里为层流，气管内为湍流B. 水管、气管内都是层流状态C. 水管里为湍流，气管内为层流D. 水管、气管内都是湍流状态正确答案：A 满分：2 分得分：211. 流体微团的运动和刚体运动相比，多了一项()运动。

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《水力学》李炜徐孝平主编 2000 年 6 月武汉水利电力大学出版社共 12 章全部习题的解答第一章1-1 解:3 3 3ρ 1.03g cm 1030kg m , 比重s 1.03, γ 10.094kN m1-2 解:2γ9789N /m3ρ 998.88kg m ,g 9.8?3 2μ gμ9.8 ×1.002 ×10 N ?S /m?6 2ν 1.003 ×10 m /sργ 9789?4γ11.82 × 0.15 ×10?5 2以上为水,以下为空气μρνν 1.089 ×10 N ?S /m g 9.81-3 解:d ν9 7dp ?K ?2.19 ×10 × ?1% 2.19 ×10 Pav1-4 解:3 3γ G v 0.678 /10 678kgf /m①用工程单位制:2 4ργ g 678 / 9.8 69.18kgfs /mγγ ×9.8N kgf 6644.4N m②用国单位制: (SI 制) :3ργ g 678kg m1-5 解:du u 1.531流速梯度 3.75 ×10 3sdy δ 0.4 ×10u3 2切应力τμ 0.1 ×3.75 ×10 3.75 ×10 Paδ2活塞所受的摩擦阻力 F τ A τπdl 3.75 ×10 ×3.14 ×0.14 ×0.16 26.38N1-6 解:作用在侧壁上粘性切力产生的力矩du r 0.2M A μr 2 πr h μω+1 2 ×3.14 × 0.2 × 0.4 × μ×101 + 68.3 μdy δ 0.003M 4.905∴μ 0.072Pa ?S68.3 68.31-7 解:2设u Ay +By +c; ①根据实际流体的无滑移现象,当 y0 时 u0∴C 0 (第三个常数项为零); ②∵y0.04m 时,u1m/sdu2则有 1A ×0.04 +B ×0.04; ③E 点的流体切应力为零,有 2Ay +B 0 , dy10.0016A + 0.04B 1 A ?625?则由联立方程求得解得:0.08A +B 0 B 50?du du-3?6τμυρ 1.0 ×10 ×1000 × 2 Ay+B )1 ×10 (-1250y+50 )dy dy-2当y0 处,τ 5 ×10 Pa-2当y0.02 处,τ 2.5 ×10 Pa当 y0.04 处,τ0 Pa由此可见均匀流横断面上切应力是呈直线分布的。

流体力学（流动状态及阻力损失）历年真题试卷汇编5(总分：58.00，做题时间：90分钟)一、多项选择题(总题数：3，分数：6.00)1.多项选择题下列各题的备选答案中，至少有一个是符合题意的，请选出所有符合题意的备选答案。

（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________解析：2.(西南交通大学2003--2004学年第2学期期末考试试题B卷)已知突然扩大管段前后管径之比=0．5，则其局部水头损失h m =( )。

（分数：2.00）A.B. √C.D. √解析：3.(西南交通大学2003—2004学年第2学期期末考试试题B卷)根据尼古拉兹试验成果知，( )。

（分数：2.00）A.层流区λ=f(Re) √B.层、紊过渡区λ=f(Re) √C.紊流光滑区λ=f(△／d)D.紊流过渡区λ=(Re，△／d) √解析：二、单项选择题(总题数：5，分数：10.00)4.单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。

（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________解析：5.(西南交通大学2003--2004学年第2学期期末考试试题B卷)圆管层流运动的动能修正系数α=( )。

（分数：2.00）A.1B.2 √C.3D.4解析：6.(西南交通大学2003--2004学年第2学期期末考试试题B卷)圆管层流运动流体的最大流速与断面平均流速之比为( )（分数：2.00）A.2 √B.3C.4D.5解析：7.(西南交通大学2003—2004学年第1学期期末考试试题A卷)水力最优梯形断面渠道的水力半径R=( )。

（分数：2.00）A.h／4C.h／2 √D.h解析：8.(西南交通大学2003—2004学年第1学期期末考试试题A卷)从本质上讲，紊流应属于( )。

流体力学（孔口、管嘴出流与有压管流）历年真题试卷汇编1(总分：54.00，做题时间：90分钟)一、多项选择题(总题数：2，分数：4.00)1.多项选择题下列各题的备选答案中，至少有一个是符合题意的，请选出所有符合题意的备选答案。

（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 解析：2.(西南交通大学2003—2004学年第1学期期末考试试题A卷)下列关于长管水力计算的说法中，正确的有( )。

（分数：2.00）A.串联管路的总水头损失等于各支路的水头损失之和√B.串联管路的总流量等于各支路的流量之和C.并联管路两节点间的总水头损失等于各支路的水头损失√D.并联管路各支路的水头损失相等√解析：二、简答题(总题数：4，分数：8.00)3.(西安建筑科技大学2010年考研试题)在并联管路中，各并联管段的相等。

（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：压降(压损))解析：4.(西安建筑科技大学2010年考研试题)在相同直径、相同作用水头下的圆柱形外管嘴出流与孔口出流相比阻力增大，但其出流流量反而增大，为什么?（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：因为经过管嘴出流，一般情况下首先发生流体收缩，然后扩大充满全管，在收缩处，流体与管壁分离，中间形成真空状态。

由于这种真空的存在生产吸引流体的作用，促使管嘴流量的增加，所以与孔口出流相比，圆柱形外管嘴出流阻力增大，但其出流流量反而增大。

080103 流体力学北京大学--工学院-- 流体力学中国科学院--力学研究所-- 流体力学北京航空航天大学--航空科学与工程学院-- 流体力学体力学北京科技大学--土木与环境工程学院-- 流体力学天津大学--机械工程学院-- 流体力学北京工业大学--机械工程与应用电子技术学院-- 流体力学中国石油大学（北京）--石油天然气工程学院-- 流体力学中国工程物理研究院--各专业列表-- 流体力学燕山大学--机械工程学院-- 流体力学太原理工大学--应用力学研究所、理学院力学系-- 流体力学大连理工大学--工程力学系-- 流体力学东北大学--理学院-- 流体力学吉林大学--汽车工程学院-- 流体力学吉林大学--数学研究所-- 流体力学哈尔滨工业大学--市政环境工程学院-- 流体力学哈尔滨工程大学--船舶工程学院-- 流体力学武汉大学--水利水电学院-- 流体力学复旦大学--力学与工程科学系-- 流体力学上海交通大学--船舶海洋与建筑工程学-- 流体力学上海交通大学--空天科学技术研究院-- 流体力学上海理工大学--动力工程学院-- 流体力学同济大学--航空航天与力学学院-- 流体力学中国科学技术大学--工程学院-- 流体力学中山大学--工学院-- 流体力学郑州大学--工程力学系-- 流体力学华中科技大学--力学系-- 流体力学四川省社会科学院--理学院-- 流体力学四川省社会科学院--交通学院-- 流体力学南昌大学--建筑工程学院-- 流体力学中国海洋大学--海洋环境学院-- 流体力学学四川大学--建筑与环境学院-- 流体力学西南交通大学--应用力学与工程系-- 流体力学昆明理工大学--建筑工程学院-- 流体力学重庆大学--资源及环境科学学院-- 流体力学兰州理工大学--流体动力与控制学院-- 流体力学西安交通大学--航天航空学院-- 流体力学西安理工大学--理学院-- 流体力学西北工业大学--航空学院-- 流体力学西北工业大学--航海学院-- 流体力学东南大学--土木工程学院-- 流体力学江苏科技大学--船舶与海洋工程学院-- 流体力学南京航天航空大学--航空宇航学院-- 流体力学南京理工大学--动力工程学院-- 流体力学南京理工大学--理学院-- 流体力学中国矿业大学--力学与建筑工程学院-- 流体力学浙江大学--航空航天学院-- 流体力学武汉理工大学--理学院-- 流体力学武汉理工大学--交通学院-- 流体力学。

第一章 绪论1-1．20℃的水2.5m 3，当温度升至80℃时，其体积增加多少？ [解] 温度变化前后质量守恒，即2211V V ρρ= 又20℃时，水的密度31/23.998m kg =ρ 80℃时，水的密度32/83.971m kg =ρ 321125679.2m V V ==∴ρρ 则增加的体积为3120679.0m V V V =-=∆1-2．当空气温度从0℃增加至20℃时，运动粘度ν增加15%，重度γ减少10%，问此时动力粘度μ增加多少（百分数）？ [解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+==原原原μρν035.1035.1==035.0035.1=-=-原原原原原μμμμμμ此时动力粘度μ增加了3.5%1-3．有一矩形断面的宽渠道，其水流速度分布为μρ/)5.0(002.02y hy g u -=，式中ρ、μ分别为水的密度和动力粘度，h 为水深。

试求m h 5.0=时渠底（y =0）处的切应力。

[解] μρ/)(002.0y h g dydu-=)(002.0y h g dydu-==∴ρμτ 当h =0.5m ，y =0时)05.0(807.91000002.0-⨯⨯=τ Pa 807.9=1-4．一底面积为45×50cm 2，高为1cm 的木块，质量为5kg ，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，木块运动速度u=1m/s ，油层厚1cm ，斜坡角22.620 （见图示），求油的粘度。

[解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力T 平衡时，等速下滑yu AT mg d d sin μθ== 001.0145.04.062.22sin 8.95sin ⨯⨯⨯⨯==δθμu A mg s Pa 1047.0⋅=μ1-5．已知液体中流速沿y 方向分布如图示三种情况，试根据牛顿内摩擦定律yud d μτ=，定性绘出切应力沿y 方向的分布图。

[解]1-6．为导线表面红绝缘，将导线从充满绝缘涂料的模具中拉过。

流体力学（流体动力学）历年真题试卷汇编1(总分：72.00，做题时间：90分钟)一、简答题(总题数：8，分数：16.00)1.(重庆大学2007年考研试题)什么叫流线?在什么情况下，流线和迹线重合?（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：流线是指在某一时刻，各点的切线方向与通过该点的流体质点的速度方向重合的空间曲线在定常流动中，流线形状不随时间改变，流线与迹线重合。

)解析：2.(中国石油大学2005年考研试题)简述流线、迹线及其主要区别。

（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：把某一质点在连续时间过程内所占据的空间位置量成线，就是迹线，迹线就是流体质点在一段时间内运动的轨迹线，一般用拉格郎日法研究。

流线是某一瞬时在流场中绘出的曲线，在这条曲线上所有质点的速度矢量都和该曲线相切，一般用欧拉法研究。

)解析：3.(中国石油大学2004年考研试题)简述质量力、表面力的作用面及大小。

（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：质量力作用于流体每一质点上，大小与作用的流体质量成正比；表面力作用于流体表面上，大小与受作用的流体表面积成正比。

)解析：4.(中国石油大学2006年考研试题)写出平衡流体微分方程、等压面微分方程以及理想流体运动微分方程。

（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(等压面的微分方程： dp=p(Xdx+ydy+Zdz)=0)解析：5.(中国石油大学2005年考研试题)简述流体运动的迁移加速度。

流体力学（流体静力学）历年真题试卷汇编1(总分60,考试时间90分钟)1. 解答题1. (武汉科技大学2008年考研试题)如图2—55所示，某半圆柱面挡水建筑物，半径R=2m，宽度b=2m，距自由液面h=2m的上端A与一挡水板相连，求：(1)曲面下端B的绝对压强和相对压强。

(2)试计算曲面AB所受静水总压力的大小、方向和作用点。

2. (西安建筑科技大学2010年考研试题)如图2—56所示，管路上安装一U形测压管，测得h1=30cm，h2=60cm，已知y为油(γ油=8．354kN／m3)，γ1为水银，求A点的相对压强，绝对压强。

3. (西安建筑科技大学2010年考研试题)如图2—57所示，弧形闸门AB宽b=4m，半径R=2m，中心角θ=45°，OB杆水平。

(1)求AB上静水总压力的大小。

(2)若门重1吨，重力过A点，不计摩擦，求维持闸门平衡需在A点施加的切向力T。

4. (西安建筑科技大学2009年考研试题)如图2—58所示，有一直径d=12cm的圆柱体，其质量m=5kg，在力F=100N的作用下，当淹没深度h=0．5m时，处于静止状态，求测压管中水柱的高度H。

5. (西安建筑科技大学2008年考研试题)如图2—59所示混凝土海堤，靠海一侧为抛物线曲面，z=0．2x2。

水深h=5m，海水密度ρ=1025kg／m3。

试求作用在单位长度海堤上的静水总压力。

2. 填空题填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。

1. (武汉科技大学2008年考研试题)恒定流是各空间点上的运动参数都不随________变化的流动。

2. (武汉科技大学2008年考研试题)处于相对平衡的液体中，等压面与__________力正交。

3. (西安建筑科技大学2010年考研试题)等压面是__________的面，在重力场条件下，等压面是__________面。

4. (武汉大学2007年考研试题)有一水泵装置，其吸水管中某点的绝对压可水头力6m水柱高，当地大气压为一个工程大气压，其相应的真空压强值等于_________水柱高。