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第三章流体动力学基础
(流体运动的描述、欧拉法的概念以及应用连续性方程、能量方程和动量方程分析计算总流运动)
第四章流动阻力和水头损失
(粘性流体的两种流态,及各自在管道或渠道内流动的阻力规律和水头损失的计算方法)
(2)典型流动条件的实际应用:
第五章孔口、管嘴出流和有压管流
(孔口、管嘴出流和有压管流的水力特点,基本公式及水力计算,有压管流中的水击现象)
第六章明渠流动
(明渠流动的特点,明渠均匀流的水力计算和棱柱形渠道非均匀渐变流水面曲线分析)
第七章堰流
(堰流的水力特征,各种堰型的特点及水力计算)
第八章渗流
(渗流的基本概念及普通井和自流井的水力计算)
最后一章是量纲分析和相似原理,要点是量纲和谐原理和量纲分析方法、相似准则及模型试验。
考情分析
一、历年真题的分布情况
(一)知识点分布
从近几年真题试卷来看,考试内容覆盖了教材九章的全部内容。
单选题和填空题覆盖面最广,基本上每章都能涉及,主要依据知识点的可考性而定。
名词解释题主要是考查学生掌握基本概念的能力。
名词解释意在掌握教材中的典型概念。
简单应用题是对教材中简单的流动条件下的实际应用的计算和作图。
计算题每年出题的章节不一样,占有30%的分量,但主要是连续性方程、能量方程及动量方程解决典型流动条件下的实际应用。
从整体来看,教材9章内容知识点分布不均匀,重点章节也是考点最多的主要分布在第2章,第3章,第4章,第5章,第6章,第1章、第7章、第8章及第9章相对来说是知识点考查较少,计算大题不常见,但往年也涉及到。
结论:
在全面阅读教材的基础上,掌握重点章节内容,着重掌握连续性方程、能量方程及动量方程解决典型流动条件下的实际应用。
(二)试题难度
从试题难度来看,可以分为易、较易、较难和难四个等级。
试卷中不同难度试题的分数比例一般为2:
3:
2。
对于重点知识每年都会重复出现,只是以不同的形式,或者考查不同的内容。
虽然每年均有偏题出现,一般是属于课程涉及的较细的内容,但所占比例较低,属于正常情况。
总体而言,试题难度中等。
二、历年真题结构分析及答题技巧
(一)单选题(10题×
2分=20分)
基础理论知识(2011:
1-4)
例:
4.输油管道直径为0.1m,流动为层流状态,实测管轴流速0.8m/s,通过的流量为( )
A.0.314L/sB.0.628L/s
C.3.14L/sD.6.28L/s
【答案】C
【解析】知道圆管中的层流运动,过流断面上流速呈抛物线分布,所以平均流速是最大流速的一半,公式,答案是C。
典型流动条件的实际应用
5.从水管末端突然关阀开始,水击波传播过程中,四个阶段的传播波依次是( )
A.增压、减压、减压、增压B.减压、增压、减压、增压
C.增压、减压、增压、减压D.减压、增压、增压、减压
【答案】A
【解析】有压管道中水击波的传播过程。
第一阶段,增压波从阀门向管道进口传播,处于增压状态;
第二阶段,减压波从管道进口向阀门传播,处于减压状态;
第三阶段,减压波从阀门向管道进口传播,处于减压状态;
第四阶段,增压波从管道进口向阀门传播,处于增压状态。
9.当堰上水头H=0.05~0.25m时,顶角为90°
的三角形薄壁堰的流量Q与H的关系是()
A.Q∝H1.0B.Q∝H1.5
C.Q∝H2.0D.Q∝H2.5
【答案】D
【解析】当用矩形薄壁堰量测流量时,为小流量时,堰上水头很小,不宜准确测量,需要采用三角形堰。
顶角,三角薄壁堰的流量可以按下式计算:
当时,
当时,计算公式和宽顶堰一样。
单选题的解题技巧:
要求考生能够对教材中的重要知识点诸如定义、基本概念、性质、主要公式、重要结论等有清晰准确的认识,并能做出正确的选择来解决此部分考题的问题。
(二)填空题(10题×
更多的是性质、主要公式、重要结论的分析和简单计算的考核。
14.流体由直管流入断面很大的容器时,其局部水头损失系数ζ=___________。
【答案】1
【解析】突然扩大管的局部水头损失系数:
或,流体由管道流入很大的容器时,作为突然扩大管的特例,
17.水力最优梯形断面的水力半径Rh与水深h的比值为____________。
【答案】1/2
【解析】明渠均匀流中,在任何边坡系数m的情况下,水力最优梯形断面的水力半径Rh为水深h的一半。
填空题的解题技巧:
结论,答题能否正确,关键还是对课程内容和基本概念的把握程度。
对教材中基本知识点把握,将教师提示的易考点掌握即可解决此难点。
(三)名词解释(5题,计15分)
分布于大纲中需要领会、识记、简单应用和综合应用的内容;
24.简单管道
【答案】沿程直径不变、流量也不变的管道称为简单管道。
【解析】P128,不仅要知道长管的定义,还要知道长管的水力计算,知道哪种现象属于长管。
(四)简答题(3题,计15分)
简答题:
更多的是来自于大纲第3章、第7章、第8章、第9章中的领会、识记、简单计算求流量和流速的题。
26.如图所示输水管经三通管分流。
已知管径分别为d1=200mm、d2=100mm和d3=150mm,断面平均流速分别是v1=2m/s和v2=1.5m/s,试求断面平均流速v3.
【答案】m/s
【解析】该题考查的是流量的概念和连续性方程。
利用连续性方程,又知并联管路中,,即,圆管的面积,把已知条件带入上式得出m/s。
简单题的解题技巧:
不要止步于听明白的阶段,还要善于理解情况下的归纳。
(五)计算题(3题×
10分=30分)
30.图示为压力输水管道的渐变段。
已知管道直径分别为d1=1.5m,d2=1.0m,压力表读数pM=300kPa,流量Q=2.5m3/s,若不计水头损失,试求渐变段支座受到的轴向力。
解:
根据已知条件,应用连续性方程,,可以得出两个断面的流速为
m/s,m/s。
取1-1,2-2断面列伯努利方程为:
(其中,)
得到
应用动量方程:
解出
计算题的解题技巧:
熟练掌握连续性方程、能量方程及动量方程。
每年的试卷都有此类计算大题,而且三大守恒方程贯穿整个教材和大纲,要明确透彻而且会分析应用。
要求多练习。
三、学习方法
1.对这门课程学习之前要对教材浏览一遍,了解学习的大致内容及结构,以便在今后的学习工程中相互联系。
在学习时要做好笔记来加强记忆,还要积极思考,同时结合相关辅导书的练习题,做完题要注意分析总结,巩固所学的知识,考生一定要以考试大纲和教材作为学习的依据,掌握教材的知识点,从历年命题特点看,抓住教材是根本。
2.合理安排复习时间,“趁热打铁”,当天学习的功课当天必须复习,要巩固复习,一定要克服不看书复习就做作业,把书当成工具书查阅的不良习惯。
广泛采用综合复习方法,即通过找出知识的左右关系和纵横之间的内在联系。
综合复习具体可分“三步走”:
首先是统观全局,浏览全部内容,通过唤起回忆,初步形成完整的知识体系印象,其次是加深理解,对所学内容进行综合分析,最后是整理巩固。
3.最后把课本从头到尾精读三遍,遍布教材的每一个角落,甚至是认为不太重要的细节问题都是考点,进行识记,然后把重要的知识点在脑海中过滤一遍,争取做到“张口就来”,达到把书学薄,在学厚的境界。
内容串讲
第一部分理论基础知识(Ch1~4)
常见考点
1.流体的基本特征
2.流体的连续介质假设
3.作用在流体上的力
4.流体的主要物理性质
第一节流体力学及其任务
1.流体的基本特性具有流动性,是流体区别固体的特征。
2.连续介质假设(考点1)
连续介质假设:
把流体当做是由密集质点构成的、内部无空隙的连续体来研究,这里所说的质点是指大小同所有流动空间的相比微不足道,又含有大量分子,具有一定质量的流体微元。
【例题·
填空题】连续介质假设是()
【答案】连续介质假设:
把流体当做是由密集质点构成的、内部无空隙的连续体来研究。
【解析】按照连续介质假设,流体中的物理量都可以视为空间坐标和时间变量的函数。
第二节作用在流体上的力
1.作用在流体上的力(考点2):
(1)表面力,分别是剪应力和压应力
(2)质量力,重力是常见的质量力,惯性力也归为质量力。
单位质量力:
如作用在流体上的质量力只有重力,此时单位质量力为g,方向向下。
单选题】下列属于质量力的是()
A.剪切力B.压力
C.重力D.表面张力
【答案】C
【解析】该题考查质量力包含的内容。
质量力,重力是常见的质量力,惯性力也归为质量力。
第三节流体的主要物理性质
流体的主要物理性质包括:
惯性,粘性及压缩性和膨胀性。
1.惯性
水的密度为1000kg/m3,水银的密度为13600kg/m3,0℃空气的密度为1.29kg/m3。
2.牛顿内摩擦定律(粘性定律)(考点3)
流体内部相邻流层间存在着剪切力,即内摩擦力这就是粘性的表象。
粘性是流体的内摩擦特性。
动力粘性系数μ:
是反映流体粘滞性大小的系数。
单位:
Pa·
s
运动粘性系数ν:
ν=μ/ρ物理单位:
m2/s
牛顿内摩擦定律(粘性定律):
流体的内摩擦力T与流速梯度成比例,与流层的接触面积A成比例,与流体的性质有关,与接触面上的压力无关。
即以应力表示为:
液体运动时,流体因粘性产生的内摩擦力与微团的剪切变形速度成正比。
单选题】如下图所示,一平板在油面上作水平运动。
已知平板运动速度=lm/s,平板与固定边界的距离为=5mm,油的[动力]粘度=0.1Pa·
s,则作用在平板单位面积上的粘滞阻力为()
A.10paB.15Pa
C.20PaD.25Pa
【解析】该题考查的是牛顿内摩擦定律的内容。
牛顿内摩擦定律,因为油层内流速分布按直线分布,故Pa正确答案是C选项。
填空题】粘性是()
【答案】粘性是流体在运动过程中出现阻力,产生机械能损失的根源,粘性是流体的内摩擦特性。
粘性是对流体运动有重要影响的固有属性。
【解析】该题考查的是粘性的定义。
粘度的影响因素
(1)液体:
内聚力是产生粘度的主要因素,当温
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- 流体力学 讲义