试卷代号：1123 座位号■■ 国家开放大学（中央广播电视大学）2016年春季学期“开放本科”期末考试 流体力学 试题（半开卷） 2016年7月 题 号 三 四 总 分 分 数 得 分 评卷人 一、选择题（每小题3分，共15分】 1.在研究流体运动时，按照是否考虑流体的粘性，可将流体分为()。 A.牛顿流体及非牛顿流体 B.可压缩流体与不可压缩流体 C.均质流体与非均质流体 D.理想流体与实际流体 2.在重力作用下静止液体中，等压面是水平面的条件是()。 A.同一种液体 B.相互连通 C.不连通 D.同一种液体，相互连通 3.按短管进行水力在圆管流中，层流的断面流速分布符合()。 A.均匀规律 B.直线变化规律 C.抛物线规律 D.对数曲线规律 4.按短管进行水力计算的管路是( )。 A.虹吸管 B.给水管路 C.支状管网 D.环状管网 5.一梯形断面渠道，底宽b=2m,边坡系数m=1.0,明渠中的水深h=0.5m,则湿周X、 水力半径R分别为()。 A.3.414,0.366 B.3.5,0.30 C.3.414,0.30 D.3.5,0.366 454
试卷代号 :1123 座位号 国家开放大学(中央广播电视大学)2016 年春季学期"开放本科"期末考试 流体力学试题(半开卷) |题号|一|二|三|四|总分| |分数- I 一、选择题{每小题 分，共 15 分} 1.在研究流体运动时，按照是否考虑流体的粘性，可将流体分为( )。 2016 A. 牛顿流体及非牛顿流体 c. 均质流体与非均质流体 B. 可压缩流体与不可压缩流体 D. 理想流体与实际流体 2. 在重力作用下静止液体中，等压面是水平面的条件是( )。 A.同一种液体 c. 不连通 B. 相互连通 D. 同一种液体，相互连通 3. 按短管进行水力在圆管流中，层流的断面流速分布符合( )。 A. 均匀规律 B. 直线变化规律 c.抛物线规律 D. 对数曲线规律 4. 按短管进行水力计算的管路是( )。 A.虹吸管 B. 给水管路 c. 支状管网 D. 环状管网 5. 一梯形断面渠道，底宽 b=2m. 边坡系数 m= 1. O. 明渠中的水深 h=0.5m. 则湿周 水力半径 分别为( )。 A. 3.414.0.366 B. 3.5.0.30 c. 3.414 .0.30 D. 3.5.0.366 454
得 分 评卷人 三、判断题（本题若全为√或全为义，或规律性判断不给分。每题 2.5分，共15分) 6.牛顿内摩擦定律中，粘度系数刀和v均与压力和温度有关。() 7.直立平板静水总压力的作用点就是平板的形心。（) 8.应用总流伯努利能量方程时，过流断面只能取均匀流或渐变流断面。() 9.大孔口与小孔口都可认为其断面上压强、流速分布均匀，各点作用水头是一常数。 ) 10.明渠中均匀流一定是恒定流。() 11.在无压渗流中，重力水的自由表面称为浸润线。（) 得 分 评卷人 三、简答题（每题5分，共20分） 12.为什么要建立连续介质模型？ 13.如图所示，水流通过由两段等截面及一段变截面组成的管道，试问： (1)当阀门开度一定，上游水位保持不变，各段管中，是恒定流还是非恒定流？是均匀流还 是非均匀流？ (2)当阀门开度一定，上游水位随时间下降，这时管中是恒定流还是非恒定流？ (3)恒定流情况下，当判别第I段管中是渐变流还是急变流时，与该段管长有无关系？ 阀门 14.简述尼古拉兹实验中沿程阻力系数λ的变化规律。 15.简述明渠水流的三种流态及其四个判别方法及标准。 455
|得分|评卷人| | 三、判断题{本题若全为 或全为 ，或规律性判断不错分。每题 2.5 分，共 15 分} 6. 牛顿内摩擦定律中，粘度系数亨和 均与压力和温度有关。( 7. 直立平板静水总压力的作用点就是平板的形心。( ) 8. 应用总流伯努利能量方程时，过流断面只能取均匀流或渐变流断面。( ) 9. 大孔口与小孔口都可认为其断面上压强、流速分布均匀，各点作用水头是一常数。 10. 明渠中均匀流一定是恒定流。( ) 1.在无压渗流中，重力水的自由表面称为浸润线。( ) |得分|评卷人| | 三、简答题{每题 分，共 20 分} 12. 为什么要建立连续介质模型? 13. 如图所示，水流通过由两段等截面及一段变截面组成的管道，试问 ( ) (1)当阀门开度一定，上游水位保持不变，各段管中，是恒定流还是非恒定流?是均匀流还 是非均匀流? (2) 当阅门开度一定，上游水位随时间下降，这时管中是恒定流还是非恒定流? (3) 恒定流情况下，当判别第 11 段管中是渐变流还是急变流时，与该段管长有无关系? 阀门 Q 14. 简述尼古拉兹实验中沿程阻力系数 的变化规律。 15. 简述明渠水流的三种流态及其四个判别方法及标准。 455
得分 评卷人 四、计算题（共50分） 16.有一圆滚门，长度l=10m,直径D=4m,上游水深H1=4m,下游水深H2=2m,求作 用于圆滚门上的水平和铅直分压力。(12分) 17.一隔板将水箱分为A、B两格，隔板上有直径d1=40mm的薄壁孔口，如题下图，B箱 底部有一直径的圆柱形管嘴，管嘴长l=0.1m,A箱水深H1=3m恒定不变。(1)分析出流恒 定条件(H2不变的条件)。(2)在恒定出流时，B箱中水深H2等于多少？(3)水箱流量Q1为 何值？(18分) 456
|得分|评卷人| l 四、计算题{共 50 分} 16. 有一圆滚门，长度 l=10m 直径 D=4m ，上游水深 =4m ，下游水深 Hz=2m ，求作 用于圆滚门上的水平和铅直分压力。(1 分) 17. 一隔板将水箱分为 两格，隔板上有直径 =40mm 的薄壁孔口，如题下图， 底部有一直径的圆柱形管嘴，管嘴长 l=O.lm 箱水深 =3m 恒定不变。(1)分析出流恒 定条件 (H 不变的条件). (2) 在恒定出流时， 箱中水深 Hz 等于多少? (3) 水箱流量 Ql 何值? (1 分〉 456
18.某渠道建有一排水闸，平板闸门，闸门与渠道同宽，门宽2m,当闸门在某一开度时，闸 门前水深H=2.5m,闸孔后收缩断面水深h.=0.5m,闸孔出流局部水头损失为c-c断面流 ve 速水头的1/2，即%，=0.528，求： (1)此时该渠道通过流量？ (2)此时作用于平板闸门上的动水总压力（不计摩擦力）？(20分) 01007770200200000770770377757772 457
18. 某渠道建有一排水闸，平板闸门，闸门与渠道同宽，门宽 2m ，当闸门在某一开度时，闸 门前水深 H=2.5m ，闸孔后收缩断面水深 =0.5m ，闸孔出流局部水头损失为 c-c 断面流 速水头州的 (1)此时该渠道通过流量? (2) 此时作用于平板闸门上的动水总压力(不计摩擦力)? (20 分〉 ~ c c 457
试卷代号：1123 国家开放大学（中央广播电视大学）2016年春季学期“开放本科”期末考试 流体力学试题答案及评分标准（半开卷） (供参考) 2016年7月 一、选择题（每小题3分，共15分） 1.D 2.D 3.C 4.A 5.A 二、判断题（本题若全为/或全为×，或规律性判断不给分。每题2.5分，共15分） 6.× 7.× 8./ 9.X 10.× 11./ 三、简答题（每题5分，共20分） 12.答题要点：液体（气体）是由分子组成的，分子间有空隙，不连续。工程上研究的流体， 关心的是流体宏观的物理性质。把流体看成为由质点组成的连续体一连续介质模型，目的 是建立描述流体运动的连续函数，便于应用数学工具，解决工程实际问题。 13.答：(1)是恒定流。I、Ⅲ是均匀流，Ⅱ是非均匀流。 (2)管中为非恒定流。 (3)有。管段相当长为渐变流，管段较短为急变流。 14,答：尼古拉兹实验揭示了沿程阻力系数λ的变化规律，文字表述或数学公式表述。 层流：A=f(R®)；水力光滑区：A=f(Re):过渡粗糙区：以=f(Re,子) 粗箱区（阻力平方区）以=f(个. 15.答题要点：明渠水流分为缓流、急流、临界流。 四个判别方法有： ①干扰波：波速C=√ghm,v=C为临界流，oc为急流； ②弗劳檐数：弗劳德数R,一品·R-1临界流，F,1象流： ③临界水深hk:h>hk缓流，h=hk临界流，hik急流。 458
试卷代号 :1123 国家开放大学(中央广播电视大学 )2016 年春季学期"开放本科"期末考试 流体力学 试题答案及评分标准(半开卷) (供参考) 2016 一、选择题(每小题 分，共 15 分} 1. D 2.D 3. C 4.A 5.A 二、判断题(本题若全为 或全为 ，或规律性判断不给分。每题 2.5 分，共 15 分} 6. X 7. X 8. .J 9. X 10. X 11. .J 三、简答题{每题 分，共 20 分) 12. 答题要点:液体(气体)是由分子组成的，分子间有空隙，不连续。工程上研究的流体， 关心的是流体宏观的物理性质。把流体看成为由质点组成的连续体一一连续介质模型，目的 是建立描述流体运动的连续函数，便于应用数学工具，解决工程实际问题。 13. 答:(1)是恒定流。 是均匀流， 是非均匀流。 (2) 管中为非恒定流。 (3) 有。管段相当长为渐变流，管段较短为急变流。 14. 答:尼古拉兹实验揭示了沿程阻力系数 的变化规律，文字表述或数学公式表述。 层流 :À =川e) ;水力光滑区 :À= 刷;过渡粗糙区 :À =川 粗糙区(阻力平方区) :λ= 斗)。 15. 答题要点 明渠水流分为缓流、急流、临界流。 四个判别方法有 ①干扰波:波速 C= ，.fg m'V=C 为临界流 VC 为急流; U ②弗劳德数:弗劳德数 Fr= 一一一， Fr=l 临界流， Frl 急流; ..jgh m ③临界水深 :h>hk 缓流 h=h 临界流 hik 急流。 458
四、计算题（共50分）】 16期：B.=P-P=小(H,-H, =z×9.807×10×(4-2) =590kN 3 P.=YV=y·A·l=y4·x·R2I =3×9.807×4X10 4 =920kN (12分) 17.解：(1)Q1=Q2时，H2恒定不变。 (2分) (2)l=0.1m=3~4d2,为管嘴出流，d1为孔口出流。取μ1=0.6 41·A,·√2g(H,-H2)=42·A2·√2g(H2+D 0.62·A2·[2g(3-Hz)]=0.822·A22·[2g(H2+0.1)] g-H,=0g分(H,+a.1=会gX0gc,+ai=a59xH:+a.D 3-0.059=H2(1+0.59)=1.59H2 H2=2.941/1.59=1.85m (10分) (3)Q:=μ·A·V2g(H,-=0.6×年×0.04×V2gX1.5=0.358×10m3/s (6分) 18.解：(1)以渠底为基准面，列能量方程，求通过流量： h+0十2=h.+0+2g .v2 (1) 2g 、0g十0.5众 (4分) BHu_Hu0_2-50=500 依连缕方程：u:=Bh。=h。0.5 代人(1)式得： 2.5+ 0.5+1.5装=0.5+1.560% 2g 2g =0.5+37.520 o 36.52g =2.0vo=1.037m/s v.=5.0vo=5.18m/s 流量：Q=hBvo=2.5×2×1.037=5.18m3/s (6分) 459
四、计算题{共 50 分} 16 :Px =P -P .1. (H I 2-H2 2) =÷×9807×MMZ) =590kN Pz .v= γ-A-t=Y-2·vR2·l 3π =τX9.807X4XI0 =920kN 17. :(1 )Ql =Q2 .H 恒定不变。 (2)l=0.lm =3-4白，为管嘴出流 .d 为孔口出流。取 =0.6 μ1 .A1 ..j2g(H -H )=μ2 • A 2 • .j2g(H2+D 0.6 2 • A 1 2 • [2g(3-H 2)]=0. 822 • A 2 2 • [2g(H2+O. 1)] 0. 822 XA~ _ 0.822 XO. 34 3-H 2 = -A -"-2 'V A -2" (H 2 +0. 1)一 (H 2 +0. 1) =0.59 X (H 0. 1) 0.62 XAf ,... ' ~.一 0.6 XO. 44 'U2 o. 059=H2(1 +0. 59)= 1. 59H2 H 2 =2. 941/1. 59=1. 85m (1 分〉 (2 分) (1 分〉 Ql=μ-A-JMI-HMmf 的再立在O. 35 0-Zm /s 18. 解:(1)以渠底为基准面?列能量方程，求通过流量: v~ v~ v~ h+O+~=hc+O+~+O. 2g ,.c' - , 2g , _. 5 ~ ~ 2g (1) BHvo Hvo 2. 5vo 依连续方程 :V 一一一=一一-一一 5v 代人(1)式得 Bhc hc 0.5 _ _ ,_ _ v~ _ _ , _ _ (5. OVo) z _ _ . _ _ _ v~ 2.5+ 2g =0.5+ ~. ~ , 1.•• ~ 2g =0.5+ ~. ~ , 1.•• ~ 一一一一 2g =0.5+37.5 ~. ~ , ~，. ~ 2g v~ 36.5 • =2.0 2g vo= 1. 037m/s v c =5.0vo=5.18m/s 流量 :Q=hBvo=2. 5X2X 1. 037=5. 18m3 /s (6 分〉 (4 分〉 (6 分) 459
(2)选择控制体，分析外力，列动量方程求作用于平板闸门上的动水总压力： P,=2Pg2B=0.5X9.8×2.52X2=61.25kN(方向向右) P.=2pghB=0.5×9.8×0.52×2=2.45kN(方向向左) 设闸门对水的作用力为R,方向向左。 (4分) 列动量方程： pQ(B2v:-1o)=P1一P:-R 取B1=B2=1.0 R=P1-P。-pQ(v.-vo)=61.25-2.45-5.18(5.18-1.037)=37.34kN 答：作用于平板闸门上的动水总压力为37.34kN,方向向右。 (6分) 460
(2) 选择控制体，分析外力，列动量方程求作用于平板闸门上的动水总压力 P1=÷ B=O. 5X9. 8X2 =6 1. 削〈方向向右) Pc=÷pghiB=o5 × 98× O M4削(方向向左〉 设闸门对水的作用力为 方向向左。 列动量方程 PQ( 一卢 VO) =P1 - P c-R ßl= z= 1. R=P1 -Pc -pQ(vc -vo)=61. 25-2.45 5. 18(5. 18-1. 037) =37. 34kN (4 分) 答:作用于平板闸门上的动水总压力为 37. 34kN ，方向向右。 (6 分) 460