水文及水力学数学模型
水文及水力学数学模型
摘要：在二维水流数学模型的基础上，研究开发了将模型区内的陆面区和水面区的产汇流与模型区入流洪水演进有机结合的水文水力学模型。该模型采用全区水域智能自动跟踪识别技术，解决了模型区内交替出现的陆域与水域的区分问题顺此基础上考虑了模型区内水面区与陆面区的产、汇流特征，提出了处理模型区产汇流问题一种行之有效的方法，提高了模拟计算的精度。通过对南水北调中线总干渠左岸区域洪水的数值模拟，结果表明，计算值与实测调查值吻合较好，具有较高的计算精度。
关键词：产流；汇流；洪水；水文水力学模型
二维水流数学模型在水利水电工程的规划、设计及管理中，作为复演、再现和预测洪水传播和洪水演进的历史、现状和将来是目前极为重要的技术手段。但是以往的二维水流数学模型仅考虑了洪水演进，模拟计算时不但将目标位置的洪水过程直接移至模型上边界作为模型的入流，人为把模型区内降雨所产生的洪水提到了模型区以上，使目标位置的洪水过程发生了变化，更重要的是它忽略了模型区的产流和汇流因素。对于平原区的洪水演进，特别是模型区相对于整个流域面积比重较大且有频繁交替的陆面区和水面区时，模拟计算的结果就很难反映客观实际。在南水北调中线总干渠左岸防洪水位课题研究中，研究开发了将模型区域的产汇流与河沟洪水演进有机结合的水文、水力学模型。
1区域工程情况
南水北调中线工程属于特大型长距离调水工程，途径河北省太行山前的平原区，各交叉河道的防洪水位不仅是建筑物设计的依据，也是总干渠左岸堤顶防洪设计的依据。在南水北调交叉河流中，部分小型河沟发育较差，遇大洪水就漫溢出槽，呈坡面流状态，有时数条河流串在一起，洪水期河流的界限不清，各河水流相互影响，形成典型的洪水串流区，特别是南水北调总干渠建成后，总干渠对左岸的坡面流形成阻挡作用，使左岸洪水的淹没范围和水深有所增加，进一步加剧了该区河流洪水的串流情势。在这种情况下一维水流数学模型很难满足设计需要，而必须借助于二维水流数学模型。
南水北调总干渠通过地区局部串流的区域较多，区域内多为流域面积相对较小的中、小河沟。因此，各河沟模型区的面积占总汇流面积的比重相对较大。表1为牛尾河片串流区各河沟总干渠以上流域特征值及模型区面积的基本情况。
从表1中可以看出，6条河沟中有4条河沟模型区面积所占总面积的比重大于50％。会宁西沟整个汇流面积都在模型区内。这种情况下如果忽略模型区的产、汇流问题，不但不能真实地反映流场的流势、流态，也将给计算结果带来很大的误差。为此，对模型区各河沟产、汇流规律进行了系统分析，在二维水流数学模型的基础上，分析研究了模型区的产、汇流问题，建立了串流区水文、水力学模型。现以南水北调总干渠左岸牛尾河片串流区为例，将模型区和水文、水力学模型结构以及模型区产、汇流处理方法等介绍如下。
2水文与水力学数学模型
2.1模型的结构
在总体框架结构上，水文、水力学模型是以平面二维水动力学模型为基础，将计算区域上边界以上产生的洪水过程与区间的产、汇流过程，分别按上开边界条件和面源，以沿程旁侧入汇形式结合起来融入二维水动力学模型。通过计算区域内 水域 动边界的自动跟踪、调整、合理分配，解决各子区间内的产、汇流问题，并通过适宜的穿渠建筑物泄流曲线 或泄流公式 控制中边界过水问题。全面、准确地模拟计算区域内在不同标准、不同工程规模情况下洪水的纵、横向传播及串流状况。
2.2区域产汇流模型
计算区域及边界条件确定后，根据地形部分资料和有关参数可从上游至下游进行水流模型计算。参与计算的水量有两部分，一是上游入流，即将模型区以上各河沟看作独立事件，计算其洪水过程，并作为上边界的入流过程；二是模型区内降雨产流。在计算中，把模型区的产、汇流和上游流域的入流过程分别考虑，即入流过程直接通过上开边界进入流场；模型区内降雨产流，按水面区和陆面区两种情况分别对待。
模拟开始时刻只在河沟内行洪，随着洪水流量的增加，各河沟之间开始互相串流，水面面积不断扩大，陆地面积逐渐减小。洪峰过后处于退水阶段，陆面面积在扩大，水面面积则减少。因此，模型区内始终存在着两个不同条件的产、汇流区域，即水面区和陆面区。但在采用了水域全区自动跟踪、识别和复杂开边界过流处理技术后，即可全区自动跟踪边界、识别计算区域内的水面区与陆面区。因此，将计算区域内的产、汇流问题，按以下两种情况分别加以考虑。
(1)受串流淹没影响的水面区(如河沟面积、坡面淹没区)。按降雨直接产生径流处理，再扣除稳渗量，做为面源嵌入水文、水力学模型中。
(2)未受淹没影响的陆面区。根据河沟及地形状况分成多个子区，每个子区又分若干个网格，将扣除初损、后损的净雨过程放入每个网格，即得到每个网格的产流过程；由于各个网格面积很小，汇流过程按坡面汇流考虑。其坡面汇流的水力学方程如下：v --坡面流速
qe --净雨率
io --坡面坡度
ig --坡面阻力坡度
g --重力加速度
基于上述方程，可得任一矩形波的波面运动方程为：
式中a、m--为坡面水力特性有关的经验参数，其他符号意义同前。
经过微分、积分，并经整理得到矩形坡面上一场时空分布均匀的净雨形成的出流过程为：根据汇流过程，按沿坡面地形就近入河、沟或入串流水域的原则，进行各子区的产汇流计算。并嵌入到水动力学模型中，参与洪流演进计算。
2.3区域水动力学模型
2.3.1基本控制方程
本次所采用的二维水流运动方程是沿水深对三维雷诺方程进行莱布尼兹积分所得，并以混长紊流模型求解紊动切应力。对于洪流演进的平原区且模型较大范围的计算区域，水力要素沿水深方向分布比较均匀，在水平方向变化更为明显，水深平均二维控制方程能较好地反映水深、水位、流速、流态、流势在每一位置、每一时刻的变化情况。并且在综合考虑洪水演进同时，又考虑洪水的旁侧入流，能较全面模拟计算区域内水流运动过程。
模型控制方程由水流连续方程与水流运动方程组成，其公式略。
2.3.2定解条件
（1）初始条件。对于给定的计算区域，在时间t＝0时，令
（2）边界条件：①进口边界条件。给出进口开边界的流量过程或水位：
速分量以及流量，一般根据计算区域以上的产汇流模型计算或由实测水文资料确定。②出口边界条件。出口开边界条件有两类。一类是自然开边界，主要是经下边界或侧边界出流的河流(或坡面)，可按实测水文资料(水位～流量关系)确定。如无实测资料，则按附近河道纵坡，以均匀流(或坡面流)考虑；另一类是修建在下边界上的过水建筑物如铁路桥、涵。③计算区域内的过水建筑物。所研究的工程问题修建后(如南水北调总干渠、高速公路、铁路等)，将形成横贯全区(或局部)阻水建筑物，其中跨河流和排渠的渡槽、桥、涵以及路、路交叉时的路口通道等均成为洪水向下游演进的行洪通道，这些过水部分也可分为两类。一类是
过水断面较大，可以作为自然过流考虑，另一类是过水断面尺寸较小(或有压过流)，只能以嵌入的泄水建筑物考虑，这些泄水建筑物的泄流能力以相应的水力学计算公式控制，过流量与建筑物上、下游流场耦合求解。④内部边界处理。根据流体固壁不可穿越的原理，在不考虑渗透的情况下，可以认为陆地边界上法向速度为零，根据水流无滑动原理，水体在陆地边界上的切向流速也为零。因此计算区域内的堤防以及其它束水构筑物(高速公路路基、铁路路基、调水总干渠、大型陡坎等)按不漫流处理，形成阻水边界，不考虑溃决影响。模型区域内的其它阻水建筑物如村庄房屋、企事业单位，一般按当地地面高程加适当高度处理。
(3)动边界处理
在计算区域内随着水流运动，洪水的纵横向传播发展，水边界也在不断变化，因此需要进行动边界处理。常见的方法有窄缝法、时间分段法、水位分段法。本次模型采用了一种新的思路，采用水边界全区自动跟踪法。该方法首先将最大可能的淹没范围包纳在计算域内，设置一个跟踪指标数组Iwet（）。在计算过程中，由计算单元内的水深来判断该单位是否已淹没或露出，即Iwet（）应该赋0还是赋1.0表示露出，为陆地，1表示淹没，为应计算的水域 ，凡是陆地单元均不纳入计算范围。这种动边界处理方法能为程序智能的实现创造条件，尤其适合淹没及出露现象频繁的水域，计算所得到的流场更为合理。
3水文水力学模型的验证
选择不同的区域和不同的工程问题，对模型进行验证计算，其效果较好。本文仅以南水北调中线总干渠设计中的牛尾河片串流区为例，说明模型的建立过程，论证模型的可靠性和求解各类问题的实用性。
3.1模型范围的确定
确定模型区域和范围，主要依据所研究的工程问题和任务。工程位置处的地形情况、河流特点，各河、沟的串流及历史洪水的行洪情况等因素，在充分考虑各种不同侧边界条件和进出口水流的条件下，确定模型范围。
牛尾河片串流区域内根据独立的河沟共分6个子区，根据上述模型区的确定原则，牛尾河片串流区模型范围为：上边界取在各河沟出山以后的过渡区，距下游总干渠约3.3km；下边界为具有较好水流控制条件的京广铁路，一般距总干渠4.0～6．0km；中边界取南水北调中线总干渠，由于在设计条件下，串流区北侧的白马河和南侧的七里河不会漫流，因此，将白马河的南岸及七里河的北岸分别作为模型区的北、南边界。模型区沿串流区沟、河走向，东西最大长度为9.0km，南北长度(串流区宽度)为14.0km，模型区总面积为122km2。
3.2模型的网格剖分
根据模型求解的要求，需将模型区内的地形转化成网格形式进行计算，为了较好的反映计算区域内地形情况，满足不同区域计算精度要求，本模型采用非等长矩形网格剖分，对于总干渠沿线宽约1.5km的重点计算区域，要求模拟精度高，采用50×50m和50×100m的加密网格。对于计算范围内沟河的河槽则采用宽度为50m，长度不等的加密网格。对于一般的地面串流区，则采用100×100m或100×200m的一般网格。模型计算区域内的纵向节点数I＝145；横向网格节点数J＝65，总节点数为9000多个。
3.3模型的调试与验证
为了使数学模型正确反映计算区域河、沟洪水演进及坡面串汇流状况，本模型根据历史洪水的实测和调查资料进行了模型的调试与验证，主要依据"63·8"洪水的流量和调查洪痕资料以及实测的1／1万地形图。"63·8"洪水属特大洪水，较总干渠的防洪标准100年一遇大一些，能较好的反映大洪水时，河(沟)道超标准行洪后的洪水串流情势及河道、坡面阻力状态。
经"63·8"洪水的数值模拟，其计算结果如洪水的流势、流态、流速方向与调查情况基本一致，调查洪痕点处的计算水位与调查水位也基本吻合，说明该模型对流场阻力状况 糙
率 的模拟是比较合适的，对河槽洪水区及洪水出槽后的坡面漫滩模拟也是可信的。
4结语
(1)在模型调试的基础上，对南水北调中线总干渠牛尾河片串流区设计和校核洪水进行模拟计算，结果表明，修建总干渠后，洪水的纵、横向传播受到总干渠的阻水影响，在原自然漫流的基础上，使左岸洪水的淹没范围和水深有所增加，形成了一些新的串流区，通过不同洪水条件和不同方案 河沟与总干渠交叉方案 模拟计算，优化比选了建筑物的规模，使河渠交叉建筑物在该段串流区内的布置最为合理，为南水北调总干渠交叉建筑物的设计提供了可靠依据。同时模拟计算的总干渠左岸洪水位可做为总干渠左岸堤顶设计的依据。
(2)水文及水力学模型是以二维水流运动理论为基础，研究开发了水文学与水力学有机结合的模型，该模型采用全区水域智能自动跟踪识别技术和复杂开边界过流处理方法，解决模型内陆域与水域的区分问题，以及穿渠河、沟的过流问题，在此基础上考虑了模型区内水面与陆面区的产、汇流特征，即水面区的降雨和渗入地下的稳渗量，陆面区的产流和汇流问题，较好的模拟了平原区的洪水演进问题，特别是模型区相对于整个流域面积比重较大，且有频繁交替出现的陆面区和水面区时，模拟计算结果更能反映客观实际情况。该模型已在南水北调、高速公路、城市防洪等工程中得到应用，并较好地为工程建设提供了依据。
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工程流体力学及水力学实验报告及分析讨论 实验一流体静力学实验 验原理 重力作用下不可压缩流体静力学基本方程 (1.1) 中： z被测点在基准面的相对位置高度； p被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同； p0水箱中液面的表面压强； γ液体容重； h被测点的液体深度。 对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等压面可得油的比重S0有下列关系： (1.2) 此可用仪器（不用另外尺）直接测得S0。 验分析与讨论 同一静止液体内的测管水头线是根什么线？ 测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。测头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根。 当P B<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 ，相应容器的真空区域包括以下三部分：
)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真。 )同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。这段高度与测压管2液面低液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ0。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油 至油面的垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。 如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛由下式计算 中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。常温(t=20℃，=7.28dyn/mm，=0.98dyn/mm。水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。于是有 单位为mm) 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。另外，当水质，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，其h较普管小。 如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？
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工程水文水力学选择题 1. 液体某点的绝对压强为58kN/m 2 ，则该点的相对压强为( D ) ? A. 159.3kN/m 2 ? B. 43.3kN/m 2 ? C. －58kN/m 2 ? D. －43.3kN/m 2 . 2. 恒定流就是( B ) ? A. 同一断面各点的流速均相等的流动 ? B. 任一点的运动要素不随时间而变化的流动 ? C. 流态沿流程不变的流动 ? D. 运动要素沿流程不变的流动 3. 伯努利方程中 表示（ C ） ? A. 单位重量流体的势能 ? B. 单位重量流体的动能 ? C. 单位重量流体的机械能 ? D. 单位质量流体的机械能 4. 明渠均匀流的特征是( A )。 ? A. 断面面积、壁面粗糙度沿流程不变 ? B. 流量不变的长直渠道 ? C. 底坡不变、粗糙度不变的长渠 ? D. 水力坡度、水面坡度、河底坡度皆相等 5. 一垂直立于水中的矩形平板闸门，门宽4m ，门前水深2m ，该闸门所受静水总压力为( )，压力中心距自由液面的铅直距离为( B )。 ? A. 60kPa ，1m ? B. 78.4kN ， ? C. 85kN ，1.2m ? D. 70kN ，1m 6. 当动能校正系数α=1.0意味着过水断面上( ) ? A. 点流速均相等 ? B. 流速分布呈抛物线分布 ? C. 流速分布呈对数分布 ? D. 过水断面上各点流速大小不等 7. 在紊流中( C ) ? A. 液体质点作有秩序的运动 ? B. 一层液体在另一层液体上滑动 ? C. 液体质点作不规则运动 ? D. 粘滞性的作用比动量交换的作用更大 8. 平衡液体中的等压面必为 ( D ) ? A. 水平面 ? B. 斜平面 ? C. 旋转抛物面 2 2p v z g αγ++
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水量平衡原理在水文分析计算和水资源规划的分析计算中有广泛的应用。如利用水量平衡式可以用已知的水文要素推求另外的未知要素。例如：某闭合流域的多年平均降雨量 P'=1020mm ，多年平均径流深R'=420mm，试求多年平均蒸发量E '。E'=P'-R'＝600mm。 3、何谓年径流？它的表示方法和度量单位是什么？径流深度、径流总量、平均流量、径流模数的概念及相互关系。 答：一个年度内在河槽里流动的水流叫做年径流。年径流可以用年径流总量W（m3）、年平均流量Q（m3/s）、年径流深R（mm）、年径流模数M（L/(s ﹒km2)）等表示。 将计算时段的径流总量，平铺在水文测站以上流域面积上所得的水层厚度，称为径流深度径流总量是指在指定时段Δt通过河流某一断面的总水量。 径流模数是单位流域面积上单位时间所产生的径流量。 4、流量的观测与水位流量关系曲线的延长。 答：测站测流时，由于施测条件限制或其他种种原因，致使最高水位或最低水位的流量缺测或漏测，在这种情况下，须将水位流量关系曲线作高、低水部分的外延，才能得到完整的流量过程。 1）根据水位面积、水位流速关系外延：河床稳定的测站，水位面积、水位流速关系点常较密集，曲线趋势较明确，可根据这两根线来延长水位流量关系曲线。 2）根据水力学公式外延：此法实质上与上法相同，只是在延长Z～V曲线时，利用水力学公式计算出需要延长部分的V值。最常见的是用曼宁公式计算出需要延长部分的V值，并用平均水深代替水力半径R。由于大断面资料已知，因此关键在于确定高水时的河床糙率n和水面比降I。 3）水位流量关系曲线的低水延长：低水延长常采用断流水位法。所谓断流水位是指流量为零时的水位，一般情况下断流水位的水深为零。此法关键在于如何确定断流水位，最好的办法是根据测点纵横断面资料确定。 5、流域平均降水量的计算方法。
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A ．增大 B ．减少 精品文档 C ．不变 D ．减少或不变 桥涵水文 一、名词解释 1. 输沙率 : 单位时间内通过过水断面的泥沙的重量 .P220 2. 重现期 : 等量或超量值随机变量在多年观测中平均多少年或多少次可能出现的时距 .P228 3. 桥孔净长 ; 桥长扣除全部桥墩厚度后的长度 .P278 4相关系数：令r 的平方=a 与a 的乘积P253. 5. 河川径流 :地面径流和地下径流汇入河槽并沿河槽流动的水流 .P210 6. 径流系数 ：径流深度与降水量之比或净与量与毛雨量之比 .P213 7. 含沙量 ：单位体积浑水中所含泥沙的重量 .P220 8闭合流域 ：当地面分水线与地下分水线相重合 ,流域内的地面径流及地下径流都将通过集流断面 .P209 9. 水拱现象 ：河中涨水或在峡谷山口下游河段急泻而下的洪水 ,可出现两岸低 ,中间高的凸形水面 .P287 10. 一般冲刷深度 ：一般冲刷停止时的桥下最大铅垂水深 .P297 11. 降水强度 ：单位时间内的降水量 .P211 12. 非闭合流域 ：P209 13. 累计频率 ：等量或超量值随机变量频率的累计值 .P228 14. 设计洪水 ：按规定频率标准的洪水 .P259 15. 桥下河槽最低冲刷线 ：桥梁墩台处桥下河床自然演变等因素冲刷深度 ,一般冲刷深度及局部冲刷深度三者全部完成后的最大水深线 16. 流域 ：河流断面以上的集水区域 ,称为该断面以上河段的流域或汇水区 .P208 17. 副流 ：水流中由于纵横比降及边界条件的影响 ,其内部形成一种规模较大的旋转水流 .P222 18PMP ： 19.水力粗度 ：泥沙颗粒在静止清水中的均匀下沉速度 .P219 4 .某河段上、下断面的河底高程分别为 725m 和425m ，河段长120km ，则该河段的河道纵比降为(D)P207 A . 0.25 B . 2.5 C . 2.5% D . 2.5%o 5．河网汇流速度与坡面汇流速度相比，一般 (D) A ?前者较大 B ?前者较小 C . 二者相等 D ?无法肯定 6?水量平衡方程式 P -R — ￡ = △ S (其中P 、R 、E 、A S 分别为某一时段的流域降水量、径流量、蒸发量和蓄水变量)，适用于 A ．非闭合流域任意时段情况 B ．非闭合流域多年平均情况 C .闭合流域任意时段情况 D ?闭合流域多年平均情况 7．水位观测的精度一般准确到 (D) A ．1m B ．0.1m C ．0.01m D ．0.001m 8．用来表示输沙特征的常用指标是 (A) A ．输沙率、含沙量 B ．流量、输沙率 C ．含沙量、流量 D ．输沙率、输沙量 9．频率为 5%的洪水，其重现期为 (C)P230 A ．5 年一遇 B ． 95 年一遇 C ．20 年一遇 D ．200 年一遇 10?甲乙两河，通过实测年径流量资料的分析计算，获得各自的年径流均值 和离均系数C V 甲, C V 乙如下：C v 乙=0.25 二者比较可知 A ?甲河水资源丰富，径流量年际变化大 B ?甲河水资源丰富，径流量年际变化小 C .乙河水资源丰富，径流量年际变化大 D ?乙河水资源丰富，径流量年际变化小 11．流域中大量毁林开荒后，流域的洪水流量一般比毁林开荒前 (A) 精品文档 .P306 二、选择题 1．下面哪个不是水文现象的特点 (B )P204 A .随机性 B .确定性 C .周期性 2．水文现象的发生、发展，都具有偶然性，其变化 A .杂乱无章 B .具有完全的确定性规律 3.流域面积是指河流某断面以上( D)P208 A .地面分水线和地下分水线包围的面积之和 C .地面分水线所包围的面积 D .地区性 (C)P204-205 C .具有统计规律 D ?没有任何规律 B ?地下分水线包围的水平投影面积 D ?地面分水线所包围的水平投影面积 (D) (D)
工程流体力学(水力学)闻德第五章-实际流体动力学基础课后答案
工程流体力学闻德课后习题答案 第五章 实际流体动力学基础 5—1设在流场中的速度分布为u x =2ax ，u y =-2ay ，a 为实数，且a >0。试求切应力τxy 、τyx 和附加压应力p ′x 、p ′y 以及压应力p x 、p y 。 解：0y x xy yx u u x y ττμ??? ?==+= ????? 24x x u p a x μμ?'=-=-?，24y y u p a y μμ?'=-=?， 4x x p p p p a μ'=+=-，4y y p p p p a μ'=+=+ 5－2 设例５－1中的下平板固定不动，上平板以速度v 沿x 轴方向作等速运动（如图 所示），由于上平板运动而引起的这种流动，称柯埃梯（Couette ）流动。试求在这种流动情况下，两平板间的速度分布。（请将 d 0d p x =时的这一流动与在第一章中讨论流体粘性时的流动相比较） 解：将坐标系ox 轴移至下平板，则边界条件为 y ＝０，0X u u ==；y h =，u v =。 由例５－1中的（11）式可得 2d (1)2d h y p y y u v h x h h μ=- - （１） 当d 0d p x =时，y u v h =，速度ｕ为直线分布，这种特殊情况的流动称简单柯埃梯流动或简单剪切流动。它只是由于平板运动，由于流体的粘滞性带动流体发生的流动。 当 d 0d p x ≠时，即为一般的柯埃梯流动，它是由简单柯埃梯流动和泊萧叶流动叠加而成，速度分布为 (1)u y y y p v h h h =-- （２） 式中2d ()2d h p p v x μ= - （３） 当p ＞０时，沿着流动方向压强减小，速度在整个断面上的分布均为正值；当p ＜０时，沿流动方向压强增加，则可能在静止壁面附近产生倒流，这主要发生p ＜－１的情况． 5－3 设明渠二维均匀（层流）流动，如图所示。若忽略空气阻力，试用纳维—斯托克斯方程和连续性方程，证明过流断面上的速度分布为2sin (2)2 x g u zh z ，单宽流量 3 sin 3 gh q 。
水力学与桥涵水文试卷(仅供参考)
《水力学与桥涵水文》课程试卷（一） 一、填空题（每题2分，共20分） 1、径流形成过程一般可分为__________、__________和__________、__________四个阶段。 2、河流的基本特征一般可用__________、__________、和__________来表示。 3、表征河床稳定性的指标可分为__________和__________、__________三类。 4、泥沙按其在河流中的运动形式可分为__________、__________、__________三部分。 5、水文现象的共同特点是__________、__________、__________。 6、河流水量补给可分为__________、__________、__________。 7、建桥后河床冲刷由__________、__________、和__________三部分组成。 8、洪水三要素是指__________、__________、__________。 9、根据涵洞出水口是否被下游淹没，可把涵洞的水流图式分为__________和__________两类。 10、大中桥水力计算的三大基本内容是__________、__________、__________。 二、名词解释（每题4分，共20分） 1临界底坡： 2造床流量：3、桥孔净长：4、抽样误差： 5、重现期： 三、问答题（1、3、4、5、6每题7分，2题5分，共40分） 1、桥位设计的基本原则有哪些？ 答：1、以地区发展为第一要素；2、处理好道路与桥梁的关系；3、跨河构造物的布设应保障天然河水的顺利宣泄并顺应预计河道的自然演变；4、保证跨河构造物对车辆安全稳定的服务态势；5、最佳的综合技 术经济指标；6、尽量选用与自然环境协调美观的桥型。 2、河床演变的主要影响因素有哪些？ 答：1、流量大小及变化；2、河段来沙量及来沙组成；3、河段比降；4、河床地质情况；5、河床形态3、平原区桥涵布设要点是什么？ 答：1、在弯曲河段上，高水位可能会产生截弯取直的地方，路堤最易被冲成缺口，宜在主槽上集中设置桥梁，采取一河一桥布置；2、在游荡性河段上布设桥梁，应采取必要的导流措施，使主槽的摆动有所约束，从而归于趋槽；3、在分汊河段上修建桥梁，河道上具有两个以上的主槽，一般均宜在各主槽上分别建桥，尽量少改变水流的天然状态。
水力学与桥涵水文习题及答案
第一章习题 1.1 解：水温为30度时水的密度)/(79.9953m kg =ρ 质量)(9957.0001.0*7.995kg v M ===ρ 重力N Mg G 75786.98.9*9957.0=== 1.2 解：密度)/(135905.0/67953m kg v M === ρ 重度)/(1331828.9*135903m kN g ===ργ 1.3 解：4℃时水的密度为1000(3/m kg ) 100℃时水的密度为958.4(3/m kg ) 假定1000kg 的水 )(11000/1000)4(3m v == )(0434.14.958/1000)100(3m v == 则体积增加百分比为%34.4%100*1 1 0434.1=-= ?v 1.4 解：压缩系数)/(10*102.5) 98000*198000*5(5001 .0210N m dp v dv -=--- =-=β 弹性系数)/(10*96.11 29m N K == β 1.5 解：运动粘滞系数为动力粘滞系数与密度的比值 )/(71.93m kN =γ )*(10*599.03s Pa -=μ 610*605.01000 *71.98 .9*000599.0*-===== γμμρμυg g )/(2s m 1-8 解：剪切力不是均匀分布rdr dA π2=， δ ?r dy du = dr r r r dr r dT δ μ? πδ?πμ32**2*== δ πμ?δπμ?δ πμ?320 24224 42 3 d d r dr r T d = ==? 积分后得δ πμ?324 d T =
工程流体力学课件
流体力学 绪论 第一章流体的基本概念 第二章流体静力学 第三章流体动力学 第四章粘性流体运动及其阻力计算 第五章有压管路的水力计算 第六章明渠定常均匀流 第九章泵与风机 绪论 一、流体力学概念 流体力学——是力学的一个独立分支，主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。 1738年伯努利出版他的专著时，首先采用了水动力学这个名词并作为书名；1880年前后出现了空气动力学这个名词；1935年以后，人们概括了这两方面的知识，建立了统一的体系，统称为流体力学。 研究内容：研究得最多的流体是水和空气。 1、流体静力学：关于流体平衡的规律，研究流体处于静止（或相对平衡）状态时，作用于流体上的各种力之间的关系； 2、流体动力学：关于流体运动的规律，研究流体在运动状态时，作用于流体上的力与运动要素之间的关系，以及流体的运动特征与能量转换等。 基础知识：主要基础是牛顿运动定律和质量守恒定律，常常还要用到热力学知识，有时还用到宏观电动力学的基本定律、本构方程（反映物质宏观性质的数学模型）和物理学、化学的基础知识。 二、流体力学的发展历史
流体力学是在人类同自然界作斗争和在生产实践中逐步发展起来的。古时中国有大禹治水疏通 江河的传说；秦朝李冰父子带领劳动人民修建的 马人建成了大规模的供水管道系统等等。 流体力学的萌芽：距今约2200年前，希腊学者阿基米德写的“论浮体”一文，他对静止时的液体力学性质作了第一次科学总结。建立了包括物理浮力定律和浮体稳定性在内的液体平衡理论，奠定了流体静力学的基础。此后千余年间，流体力学没有重大发展。 15世纪，意大利达·芬奇的著作才谈到水波、管流、水力机械、鸟的飞翔原理等问题；17世纪，帕斯卡阐明了静止流体中压力的概念。但流体力学尤其是流体动力学作为一门严密的科学，却是随着经典力学建立了速度、加速度，力、流场等概念，以及质量、动量、能量三个守恒定律的奠定之后才逐步形成的。 流体力学的主要发展： 17世纪，力学奠基人牛顿（英）在名著《自然哲学的数学原理》（1687年）中讨论了在流体中运动的物体所受到的阻力，得到阻力与流体密度、物体迎流截面积以及运动速度的平方成正比的关系。他针对粘性流体运动时的内摩擦力也提出了牛顿粘性定律。使流体力学开始成为力学中的一个独立分支。但是，牛顿还没有建立起流体动力学的理论基础，他提出的许多力学模型和结论同实际情形还有较大的差别。 之后，皮托（法）发明了测量流速的皮托管；达朗贝尔（法）对运动中船只的阻力进行了许多实验工作，证实了阻力同物体运动速度之间的平方关系；瑞士的欧拉采用了连续介质的概念，把静力学中压力的概念推广到运动流体中，建立了欧拉方程，正确地用微分方程组描述了无粘流体的运动；伯努利（瑞士）从经典力学的能量守恒出发，研究供水管道中水的流动，精心地安排了实验并加以分析，得到了流体定常运动下的流速、压力、管道高程之间的关系——伯努利方程。 欧拉方程和伯努利方程的建立，是流体动力学作为一个分支学科建立的标志，从此开始了用微分方程和实验测量进行流体运动定量研究的阶段。从18世纪起，位势流理论有了很大进展，在水波、潮汐、涡旋运动、声学等方面都阐明了很多规律。法国拉格朗日对于无旋运动，德国赫尔姆霍兹对于涡旋运动作了不少研究……。在上述的研究中，流体的粘性并不起重要作用，即所考虑的是无粘性流体。这种理论当然阐明不了流体中粘性的效应。 19世纪，工程师们为了解决许多工程问题，尤其是要解决带有粘性影响的问题。于是他们部分地运用流体力学，部分地采用归纳实验结果的半经验公式进行研究，这就形成了水力学，至今它仍与流体力学并行地发展。1822年，纳维（法）建立了粘性流体的基本运动方程；1845年，斯托克斯
工程流体力学及水力学实验报告(实验总结)
工程流体力学及水力学实验报告实验分析与讨论 1.同一静止液体内的测管水头线是根什么线？ 测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测 压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。 2.当P B <0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 ，相应容器的真空区域包括以下三部分： (1)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真空区域。 (2)同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 (3)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 3.若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ 。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂 直高度h和h 0，由式，从而求得γ 。 4.如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算 式中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。常温(t=20℃)的水，=7.28dyn/mm， =0.98dyn/mm。水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。于是有(h、d单位为mm) 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，其h较普通玻璃管小。 如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 5.过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部分液体是同一等压面？ 不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具备下列5个条件的平面才是等压面：（1）重力液体；（2）静止；（3）连通；（4）连通介质为同一均质液体；（5）同一水平面。而管5与水箱之间不符合条件（4），因此，相对管5和水箱中的液体而言，该水平面不是等压面。 6.用图1.1装置能演示变液位下的恒定流实验吗？ 关闭各通气阀门，开启底阀，放水片刻，可看到有空气由c进入水箱。这时阀门的出流就是变液位下的恒定流。因为由观察可知，测压管1的液面始终与c点同高，表明作用于底阀上的总水头不变，故为恒
63116204-02水力学与桥涵水文(A)标准答案
内蒙古科技大学考试标准答案及评分标准 课程名称：《水力学与桥涵水文》(A) 考试班级：土木工程2006 考试时间：2008 年12月 标准制订人：银英姿 一、名词解释（共5题，每题3分，共15分） 1.流域：河流的地面和地下集水区域。 2.频率：在一系列重复的独立试验中，某一事件出现的次数与试验总次数的比值。累计频率：在水文现象中，等于或大于某一数值的水文要素特征值出现的次数对总次数的比值。 3.粘性：流体在运动状态下具有抵抗剪切变形能力的性质。 4.恒定流：在流场中各运动要素都不随时间变化 5.断面平均流速：假象均匀分布在过流断面上的流速其大小等于过流断面体积流量除以过流断面面积。 二、简述及论述题（共35分） 1.大中桥设计的一般规定有哪些？（8分） （1）避免桥前壅水危及农田。通常应避免高桥台、大锥体；必要时可适当增大桥孔长度；此外，还应考虑桥址附近道路、渠道及其它建筑物的需要。 （2）一般对桥下河床不采用铺砌加固。大中桥流量大，冲刷较深，加固所需投资多，难度大，洪水期万一铺砌受到水毁，墩台基础失去保护，还会危及桥梁。 （3）地形复杂、山坡陡峻的山谷桥梁，应避免锥体落入河道或桥台基础悬空；应注意不在山坡堆积层范围内布设桥墩，避开软弱地基、断层，滑坡、挤压破碎带、岩溶及黄土陷落等不良地带；应尽可能将桥台布设在地质好，填方少处。 （4）通航河道上的桥梁，通航跨径应采用较大跨径单孔或多孔跨越航道全宽，桥长不宜过于压缩；潮汐河道，布设桥孔还应考虑潮汐涨落的影响；对于变迁性河流，当缺乏可靠措施固定航道时，应考虑航道可能的变迁布设桥孔；对于水流急、深槽摆动幅度大，或有大量筏运和木材流放的河道，应适当增多通航、流放孔数或加大通航、流放净跨。 （5）对于流冰河流，桥孔布置及净跨应考虑流冰水位、冰块大小及破冰措施。 （6）应尽量减少梁跨、墩台及基础的类型，避免在深泓处设墩，便于施工维修；山区桥隧相连时，应考虑架梁条件及隧道弃碴方便。
水力学工程流体力学
水力学工程流体力学 实验指导书及实验报告 专业农田水利班级 学号姓名 河北农业大学城乡建设学院水力学教研室
目录 （一）不可压缩流体恒定流能量方程（伯诺里方程）实验 (1) （二）不可压缩流体恒定流动量定律实验 (4) （三）雷诺实验 (8) （四）文丘里实验 (10) （五）局部水头损失实验 (14) （六）孔口与管嘴出流实验 (18)
（一）不可压缩流体恒定流能量方程（伯诺里方程）实验 一．实验目的要求： 1.掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验两侧技术； 2.验证恒定总流的能量方程； 3.通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研究，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性。 二．实验装置： 本实验的装置如图1.1所示，图中： 1.自循环供水器； 2.实验台； 3.可控硅无级调速器； 4.溢流板； 5.稳水孔板； 6.恒压水箱； 7.测压计； 8.滑动测量尺； 9.测压管；10.实验管道；11.测压点；12.毕托管；13.实验流量调节阀。 三．实验原理：
在实验管路中沿管内水流方向取n 个过水断面，可以列出进口断面（1）至断面（i ）的能量方程式（2,3,,i n =??????） 1i z + +=z +++22 1 1 1122i i i w i p v p v h g g 取121n a a a ==???=，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出z+ p 值，测出通过 管路的流量，即可计算出断面平均流速v 及2 2v g ，从而即可得到各断面测管水头和总水头。 四．实验方法与步骤： 1.熟悉实验设备，分清各测压管与各测压点，毕托管测点的对应关系。 2.打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流后，检查泄水阀关闭时所有测压管水面是否齐平，若不平则进行排气调平（开关几次）。 3．打开阀13，观察测压管水头线和总水头线的变化趋势及位置水头、压强水头之间的相互关系，观察当流量增加或减少时测管水头的变化情况。 4.调节阀13开度，待流量稳定后，侧记各测压管液面读数，同时测记实验流量（与毕托管相连通的是演示用，不必测记读数）。 5.再调节阀13开度1～2次，其中一次使阀门开度最大（以液面降到标尺最低点为限），按第4步重复测量。 五．实验成果及要求： 实验台号No 1.把有关常数记入表1.1 表1.1 有关常数记录表 水箱液面高程0?= cm,上管道轴线高程s ?= cm 。 注：（1）打“＊”者为毕托管测点（测点编号见图1.2） （2）2、3为直管均匀流段同一断面上的二个测压点，10、11为弯管非均匀流段同一断面上的二个测点。 2.量测（z+ p ）并记入表1.2。
水力学与桥涵水文试题及答案
1临界xx： 以全渠的临界水深作均匀流动时相应的底坡称为临界底坡。 2造床流量： 为了便于对河床演变进行研究，用一个与多年流量过程的综合造床作用相当的流量作为代表流量。 3、桥孔净长： 桥孔长度扣除全部桥墩宽度后的长度成为桥孔净长。 4、抽样误差： 用样本代表总体确定参数时必定存在一定误差，这个误差称为抽样误差。 5、重现期： 洪水频率的倒数，即某一变量在若干年后再次出现的时距。 1、易流动性： 静止时，液体不能承受切力、抵抗剪切变形的特性。 2、局部阻力： 局部边界条件急剧改变引起流速沿程突变所产生的惯性阻力。 3、弯曲系数： 河道全长与河源到xx的直线xxxx。 4、河槽集流： 坡面汇流由溪而涧进入河槽，最后到达流域出口断面的过程。 5、设计流量： 符合规定频率标准的流量。
1、xx均匀流： 水流的水深、断面平均流速沿程都不变的均匀流动。 2、流域： 一条河流两侧汇集水流的区域称为该河流的流域。 3、河相关系： 河流在水流、泥沙及河床的长期相互作用下，能形成与所在河段具体条件相适应的某种均衡状态，这种均衡状态与河流的有关部门要素常存在某种函数关系，这种函数关系称为河流的河相关系。 4、冲止流速： 桥下一般冲刷停止时垂线平均流速。 5、xx频率： P=m/n*100%，n年中等于或大于洪水流量的年数与具有最大流量值的总年数的比值。 1、临界水深： 在断面形式与流量给定的条件下，相对应于断面比能为最小时的水深。 2、径流总量： 一段时间内通过河流过水断面的总水量。 3、造床流量： 为了便于对河床演变进行研究，用一个与多年流量过程的综合造床作用相当的流量作为代表流量，称为造床流量。 4、桥孔xx： 设计水位上两桥台前缘之间的水面宽度。
工程水文水力学思考题..
工程水文水力学思考题和计算题 工程水文学复习题 1、水文现象是一种自然现象，它具有什么特性，各用什么方法研究？ 【具有确定性（也可说周期性）与随机性，确定性决定了水文现象的相似性，决定了水文现象的随机性。确定性规律用成因分析发研究，随机性规律用数理统计法研究。 1）成因分析法: 情势的方法。如降雨径流预报法、河流洪水演算法等。 2）数理统计法： 进行水文情势预测、预报的方法。如设计年径流计算、设计洪水计算、地区经验公式等。 水文计算常常是二种方法综合使用，相辅相成，例如由暴雨资料推求设计洪水，就是先由数理统计法求设计暴雨，再按成因分析法将设计暴雨转化为设计洪水。 此外，当没有水文资料时，可以根据水文现象的变化在地区分布上呈现的一定规律（水文现象在各流域、各地区的分布规律）来研究短缺和无资料地区的水文特征值。】 2、何谓水量平衡？试叙闭合流域水量平衡方程在实际工作中的应用和意义。 3、何谓年径流？它的表示方法和度量单位是什么？径流深度、径流总量、平均流量、径流模数的概念及相互关系。 【一个年度内在河槽里流动的水流叫做年径流。年径流可以用年径流总量W （m3）、年平均流量Q（m3/s）、年径流深R（mm）、年径流模数M（L/(s﹒km2)）等表示。】 4、流量的观测与水位流量关系曲线的延长。 【测站测流时，由于施测条件限制或其他种种原因，致使最高水位或最低水
位的流量缺测或漏测，在这种情况下，须将水位流量关系曲线作高、低水部分的外延，才能得到完整的流量过程。 1）根据水位面积、水位流速关系外延：河床稳定的测站，水位面积、水位流速关系点常较密集，曲线趋势较明确，可根据这两根线来延长水位流量关系曲线。 2）根据水力学公式外延：此法实质上与上法相同，只是在延长Z～V曲线时，利用水力学公式计算出需要延长部分的V值。最常见的是用曼宁公式计算出需要延长部分的V值，并用平均水深代替水力半径R。由于大断面资料已知，因此关键在于确定高水时的河床糙率n和水面比降I。 3）水位流量关系曲线的低水延长：低水延长常采用断流水位法。所谓断流水位是指流量为零时的水位，一般情况下断流水位的水深为零。此法关键在于如何确定断流水位，最好的办法是根据测点纵横断面资料确定。】 5、流域平均降水量的计算方法。 6、如何绘制累积频率曲线？设计频率标准如何确定？ 7、经验频率曲线的绘制方法 【根据实测水文资料，按从大到小的顺序排列，如下左图所示，然后用经验频率公式计算系列中各项的频率，称为经验频率。以水文变量x为纵坐标，以经验频率p为横坐标，点绘经验频率点据，根据点群趋势绘出一条平滑的曲线，称为经验频率曲线，下右图为某站年最大洪峰流量经验频率曲线。有了经验频率曲线，即可在曲线上求得指定频率p的水文变量值Xp。
水力学与桥涵水文1
一．单项选择题 1．明渠均匀流只能出现在：( ) A ．平坡棱柱形渠道； B ．顺坡棱柱形渠道； C ．逆坡棱柱形渠道； D ．天然河道中。 2．水力最优断面是：( ) A ．造价最低的渠道断面； B ．壁面粗糙系数最小的断面； C ．过水断面积一定，湿周最小的断面； D ．过水断面积一定，水力半径最小的断面。 3．水力最优矩形渠道断面，宽深比b/h 是：( ) A ．0．5； B ．1．0； C ．2．0； D ．4．0。 4．平坡和逆坡渠道中，断面单位能量沿程的变化：( ) A ． 0>ds de ； B ． 0
工程流体力学(水力学)闻德第五章-实际流体动力学基础课后答案
工程流体力学(水力学)闻德第五章-实际流体动力学基础课后答案
工程流体力学闻德课后习题答案 第五章 实际流体动力学基础 5—1设在流场中的速度分布为u x =2ax ，u y =-2ay ，a 为实数，且a >0。试求切应力τxy 、τyx 和附加压应力p ′x 、p ′y 以及压应力p x 、p y 。 解：0y x xy yx u u x y ττμ??? ?==+= ????? 24x x u p a x μ μ?'=-=-?，24y y u p a y μμ ?'=-=?， 4x x p p p p a μ '=+=-，4y y p p p p a μ'=+=+ 5－2 设例５－1中的下平板固定不动，上平板以速度v 沿x 轴方向作等速运动（如图所示），由于上平板运动而 引起的这种流动，称柯埃梯（Couette ）流动。试求在这种流动情况下，两平板间的速度分布。 （请将d 0d p x =时的这一流动与在第一章中讨论流体粘性时的流动相比较） 解：将坐标系ox 轴移至下平板，则边界条件为 y ＝０，0X u u ==；y h =，u v =。 由例５－1中的（11）式可得 2 d (1)2d h y p y y u v h x h h μ=-- （１） 当d 0d p x =时，y u v h =，速度ｕ为直线分布，这种特殊情况的流动称简单柯埃梯流动或简单剪切 流动。它只是由于平板运动，由于流体的粘滞性
带动流体发生的流动。 当d 0d p x ≠时，即为一般的柯埃梯流动，它是由简单柯埃梯流动和泊萧叶流动叠加而成，速度分布为 (1)u y y y p v h h h =-- （２） 式 中 2d () 2d h p p v x μ=- （３） 当p ＞０时，沿着流动方向压强减小，速度在整个断面上的分布均为正值；当p ＜０时，沿流动方向压强增加，则可能在静止壁面附近产生倒流，这主要发生p ＜－１的情况． 5－3 设明渠二维均匀（层流）流动，如图所示。若忽略空气阻力，试用纳维—斯托克斯方程和连续性方程，证明过流断面上的速度分布为 2sin (2) 2x g u zh z r q m =-，单宽流量 3 sin 3gh q r q m =。
水力学与桥涵水文课程设计绝对原创
水力学与桥涵水文课程设计
目录 一、设计目的 (1) 1.1.有利于基础知识的理解 (1) 1.2.有利于逻辑思维的锻炼 (1) 1.3.有利于与其他学科的整合 (1) 1.4.有利于治学态度的培养 (1) 1.5.有利于课程兴趣的提高 (1) 二、设计任务书 (2) 2.1.局部阻力系数的计算 (2) 2.2.水面线定性分析 (2) 2.3.流量泥沙计算 (3) 2.4.用解析法推求相关直线 (3) 2.5.推求统计参数 (3) 2.6.推求洪峰流量 (4) 三、设计内容 (5) 3.1. 局部局阻力系数的计算 (5) 3.2. 水面线定性分析 (7) 3.3. 流量泥沙计算 (11) 3.4. 用解析法推求相关直线 (14) 3.5. 推求统计参数 (17) 3.6. 推求洪峰流量 (22) 四、心得与体会 (27) 五、参考文献 (28) 六、附录 (29) 5.1.附表1 流量计算数据处理表（第三题） (29) 5.2.附表2 某流域年径流量与年降雨量数据表（第四题） (30) 5.3.附表3 历年径流数据处理表（第五题） (31) 5.4.附表4 历年洪峰流量数据处理表（第六题） (32)
一、设计目的 1.1.有利于基础知识的理解 通过《桥涵水利水文》部分的学习，我们掌握了一些与专业相关的基础知识和基本技能，具备了在日常生活与学习中应用所学知识解决实际问题的基本态度与基本能力。但是，我们仅仅学习了相关的理论知识，而对实际操作能力还是比较缺乏，再加上对课本理论知识内容的理解比较肤浅，因此，课程设计便显得尤为重要。 1.2.有利于逻辑思维的锻炼 我们目前都面临写作时思维常常处于混乱的问题，有时写起作文、论文来前言不搭后语，解起数学题来步骤混乱，这些都是缺乏思维训练的结果。课程设计是公认的、最能直接有效地训练学生的创新思维，培养分析问题、解决问题能力的方法之一。在整个设计过程中，我们的分析问题、解决问题、预测目标等能力都会有所提高。 1.3.有利于与其他学科的整合 在课程设计中，我们可以解决其它学科有关问题，也利用其它课程的有关知识来解决设计中比较困难的问题。例如，进行公式推导时，就复习了数学的相关知识；而在数据处理以及图像描绘时，我们熟悉了软件（Excel）的基本运用，起到了意想不到的效果。 1.4.有利于治学态度的培养 课程设计中，数据多，处理困难较大，需要运用多方面的知识，查阅各方面的资料。这时，我们可能会产生放弃的念头，或者简单地抄袭其他同学的设计成果交了了事。而在课程设计过程中，要克服这些困难，就需要我们有一种严谨治学、一丝不苟的科学精神态度，还需要有一种不怕失败、百折不挠的品格。 1.5.有利于课程兴趣的提高 在整个设计过程中，我们花了大量的经历，查阅了许多相关资料，在坚持和不断努力下才完成此次课程设计。看着一份带有自己辛勤汗水的课程设计，往往会很有成就感，同时，也对该课程产生了浓厚的学习兴趣。例如，在设计过程中遇到有些问题不能解决，就会在课堂上专心听老师讲解，并及时向老师请教。这种互动式的学习，不仅能提高对该学科的学习兴趣，提高学习效率，还能加深和老师之间的沟通，这对我们今后的学习乃至工作都将产生巨大的影响。
工程流体力学水力学禹华谦章习题解答样本
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 32 1125679.2m 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 dy du -= )(002.0y h g dy du -==∴ρμ τ 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 y u A T mg d d sin μθ== 001 .0145.04.062.22sin 8.95sin ????==δθμu A mg s Pa 1047.0?=μ 1-5．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y u d d μ τ=, 定性绘出切应力沿y 方向的分布图。 [解] 第二章 流体静力学 2-1．一密闭盛水容器如图所示, U 形测压计液面高于容器内液面h=1.5m, 求
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