河流动力学课后习题(清华版)
河流动力学概论(清华版)习题
第二章
1. 等容粒径、筛分粒径、沉降粒径的定义各是什么？为什么筛析法得到的泥沙颗粒粒径接近于它的等容粒径？ 答：
（1）等容粒径为与泥沙颗粒体积相同的球体直径。如果泥沙颗粒的重量W 和容重γs （或体积V ）可以测定，则其等容粒径可按下式计算：
113
3
66n s V W D ππγ????==
? ?????
（2）如果泥沙颗粒较细，不能用称重或体积法确定等容粒径时，一般可以采用筛析法确定
其筛分粒径。设颗粒最后停留在孔径为D 1的筛网上，此前通过了孔径为D 2的筛网，则可以确定颗粒的粒径范围为D 1＜D ＜D 2。
（3）对于粒径小于0.1 mm 的细砂，由于各种原因难以用筛析法确定其粒径，而必须用水析法测量颗粒在静水中的沉速，然后按照球体粒径与沉速的关系式，求出与泥沙颗粒密谋相同、沉速相等的球体直径，作为泥沙颗粒的沉降粒径。
（4）对形状不规则的泥沙颗粒，可以量测出其互相垂直的长、中、短三轴，以a ，b ，c 表示。可以设想颗粒是以通过中轴筛孔的，因此筛析所得到的颗粒的中轴长度b 。对粒径较粗的天然泥沙的几何形状作统计分析，结果可以表达如下式：
()13
b ab
c =
即中轴长度接近（实测结果为略大于）三轴的几何平均值。如果把颗粒视为椭球体，则其体积为
6
V abc π
=
等容粒径为
()11
3
36n V D abc π??== ???
因此，如果上述各假设成立，则筛析法所得到的泥沙颗粒粒径（颗粒恰好通过的孔径）接近于它的等到容粒径。
2. 100号筛的孔径是多少毫米？当泥沙粒径小于多少毫米时就必须用水析法做粒径分析？ 答：查表2-2知100号筛的孔径是0.149 mm ，当泥沙粒径小于0.1 mm 时就必须用水析法做粒径分析。
3. 什么是颗粒的形状系数？
答：有时采用形状系数（shape factor ）来综合表示颗粒形状特点，定义如下：
SF =
4. 密度、容重、干容重在概念上有什么区别？ 答：
颗粒的密度ρs 即颗粒单位体积内所含的质量，国际单位制单位为kg/m 3或g/cm 3，工程中常用t/m 3。
容重γs 的定义是泥沙颗粒的实有重量与实有体积的比值（即排除孔隙率在外），国际单位制单位为N/m 3，工程中常用kgf/m 3。
一般把单位体积沙样干燥后的重量称为干容重，记为γs ’，其国际单位制单位取N/m 3。有时也用干密度，单位为kg/m 3或g/cm 3等。由于颗粒之间存在着孔隙，干容重一般小于单个颗粒的容重。随着淤积物不断密实，其干容重也逐渐接近其极限值。
5. 什么是级配曲线？给出中值粒径、算数平均粒径、几何平均粒径的定义或定义式。 答：
级配曲线通常都画在半对数坐标纸上，横坐标表示泥沙粒状径，纵坐标表示小于某粒径的泥沙在总沙样中所占的重量百分比。
中值粒径，即累积频率曲线上纵曲线上纵坐标取值为50%时所对应的粒径值。换句话说，细于该粒径和粗于该粒径的泥沙颗粒各占50%的重量。
算数平均粒径D m ，即各粒径组平均粒径的重量百分比的加权平均值，其计算公式为
1
1100n
m i i i D D p ==??∑ 几何平均粒径D mg ，对天然泥沙的级配分析结果表明，泥沙粒径的对数值常常是接近于
正态分布的。如果点绘在特制的对数正态概率纸上，则累积频率曲线会接近于一条直线。
粒径取对数后进行平均运算，最终求得的平均粒径值称为几何平均粒径，其计算过程如下：
因为 1
1ln ln 100n
m i i i D D p ==??∑ 故 11exp ln 100n mg i i i D D p =??
=?? ???
∑
6. 某海滩的沙粒粒度范围是 1.4 3.6φ=，试给出以毫米为单位的颗粒粒径范围。
答：由2log D φ=-，推出2D φ
-=
故得 3.6
1.42
20.082470.37893D mm --=≈
7. 细颗粒泥沙有什么特殊性质？试说明该性质在实际工程中的重要意义。
答：细颗粒泥沙又称为粘性泥沙。细颗粒泥沙的粒径多属于粘土和胶粒范畴，由于比表面积很大，其界面化学效应极为突出。水体化学条件的变化可导致细颗粒泥沙的絮凝或分散。细泥沙在输运、沉降和再悬浮过程中都会发生电化学变化，其起因主要是组成细颗粒泥沙的粘土矿物表面带有电荷。
8. 从流体力学的观点来看，粗颗粒与细颗粒在沉降时有什么不同？ 答：粗颗粒的绕流阻力系数接近为一个常数，而细颗粒的绕流阻力系数与颗粒绕流雷诺数成
反比。
9. 试分别给出：圆球的重力与阻力的平衡表达式（极限沉速状态下）；层流绕流和紊流绕流两种状态下的圆球沉速表达式；绕流流态从层流向紊流过渡状态下的圆球沉速表达式。 答：
圆球的重力与阻力的平衡表达式（极限沉速状态下）：()
3
22
6
4
2
s D
D D C ππρωγγ-=
层流绕流状态下的圆球沉速表达式：2118s gD γγωγν
-=
紊流绕流状态下的圆球沉速表达式：ω=绕流流态从层流向紊流过渡状态下的圆球沉速表达式：
214k k D νω=-
10. 由关于泥沙沉速ω的一元二次方程式（2-55），推求沉速ω的表达式。 答：一元二次方程式（2-55）整理得：()
22
3
1
204
2
6
s D D k k D πρωππμωγγ+--=
故
21
4
2
D a k πρ
=，2b k D πμ=，()
3
6
s D c πγγ=--
于是得222
11
42242
k D k b
D a
k D k πμνπρ==，()3
211
46
34
2
s s D c
gD D a k k πγγγγ
πρ
γ
----=-=
又因泥沙沉速ω是非负值，所以舍去负根。 代入求根公式即得沉速ω的表达式：
2142k b a k D νω=-=-
11. 形状和温度对沉速各有什么影响？含沙浓度对沉速有什么影响？ 答：
形状对沉速的影响：
层流情况：2
D ω∝
过渡区情况：粒径越大，沉速越大 紊流情况：1D
ω∝
温度对沉速的影响：
层流情况：1
ων
∝
，温度越高，ν越小，则沉速越大
过渡区情况：13
1
ων
∝
，温度越高，ν越小，则沉速越大
紊流情况：温度对沉速没有影响 含沙浓度对沉速的影响： （1）低含沙量的情况：0
12
1 1.24v
kS ωω=
+
故体积比含沙量越大，沉速越小。
（2）高含沙量的情况：()01m
v S ωω=-，m 值在 2.39～4.56之间
故体积比含沙量越大，沉速越小。
12. 定性分析粘性颗粒泥沙的沉速。 答：略（详见书上第39至40页）。
13. 泥沙颗粒的存在为什么能影响浑水的粘性系数和流变特性？ 答：略（详见书上第43至44页）。
14. 什么是推移质？什么是悬移质？它们在物理本质上有什么不同？对实际的河床演变过程中有什么不同的影响？
答：泥沙以群体形式运动时，以滚动（包括层移）、跃移形式运动的颗粒统称为推移质，以悬移形式运动的则统称为悬移质。
略（详见书上第45页）。
15. 如何划分床沙质与冲泻质？它们在物理本质上有什么不同？对实际的河床演变过程有什么不同的影响？
答：略（详见书上第46页）。
16. 比重为2.65的石块质量为5 kg ，求其等容粒径。
解：因为3
2.65/kg m ρ=,5M kg =
故1113
3
366650.1533122650n V M D m ππρπ???????
====
? ? ?????
???
17. 一粒天然泥沙颗粒的主要成分为斜长石（比重为2.65），恰好能通过10号筛，求此颗粒的大致重量。
解：10号筛的孔径为2.00 mm ，因为筛分粒径相当于等容粒径（例2-1） 故D n = 2.00 mm ，因此
()
3
33
26509.8 2.0010 1.0886
6
n
gD W N ππρ-????=
=
=
18. 从表2-4的级配数据，求：（1）自选作图软件，点绘颗粒分布频率累积曲线图；（2）由图上量出84.1D 和15.9D
的值，计算均方差g σ=
mg D =（3）由图上量出50D ，与表2-4中计算得到的mg D 进行比较。 解：（1）利用Excel 图表画出颗粒分布频率累积曲线图，如下图：
（2）由上图量得84.10.480D mm =，15.90.280D mm = 故
1.309g σ===
800.367
mg D mm =
== （3）由图上量出500.360D mm =，而表2-4中计算得到的0.366mg D mm =，前者略小于后者，但两者相差甚微。
19. 证明312100
100100
100
100
1
2
3
1
i n p p p p p n
mg i
n
i D D
D
D D D ?????==
=???∏
证明：书上第29页公式（2-9）已推出11exp ln 100n mg
i i i D D p =??=? ???
∑
继续化简得：100100
111exp ln exp ln exp ln 100i i
p p n n
n i mg
i
i i i i i p D D D D ??===?????????===?? ? ? ???????????
∑∑∏ 又因为 ()exp ln (0)a a a => 故 312100
100100
100
100
1
2
3
1
i
n p p p p p n
mg i
n
i D D
D
D D D ?????==
=???∏，即得证。
20. 一次洪水后，在一段长20 km 、宽1000 m 的河道中产生的泥沙淤积以重量计共为3000万tf 。试求：（1）设淤积物为粒径D 50 = 0.2 mm 的沙粒，干密度为1.20 t / m 3，该河段的平均淤积厚度为多少？（2）若设淤积物为粒径D 50 = 0.3 mm 的粉沙，干密度为0.70 t / m 3，则该河段的平均淤积厚度又是多少？
解：（1）4
3
300010 1.251.2020101000s W h m A γ??===???' （2）4
3300010 2.1430.7020101000s W h m A
γ??===???'
21. 动床模型试验中常采用量瓶法测量浑水浓度。量瓶的容积约为1000 cm 3，每次使用前需在当时水温下精确测量其容积。已知某次测量数据为：水温20℃，空瓶的质量为113.0 g ，空瓶加水清水的质量为1146.14 g ，空瓶加浑水的质量为1149.42 g ，滤出瓶中浑水中的沙样烘干后得沙的质量为52.99 g 。已知模型沙颗粒容重为1.065 gf / cm 3，20℃时清水容重为0.9982 gf / cm 3。试求：量瓶体积、沙样固体的体积、浑水的体积比和重量比浓度。 解：清水质量1146.14113.01033.14g =-=
浑水质量1149.42113.01036.42g =-=
量瓶体积31033.14
1035.0030.9982
cm =
=
沙样固体的体积352.99
49.7561.065cm =
= 浑水的体积比浓度49.756
0.0481 4.81%1035.003=
== 浑水的重量比浓度52.99
0.0511 5.11%1036.42
=
==
22. 推导例2-6中给出的重量ppm 值S 与重量比含沙量S w 的关系。 解：公式2-32推出()()
w
m s v s s
S S γγγγγγγ
γ=+-=+-代入
666101010w m
S S γ=
?=?=??泥沙固体重量泥沙固体重量
浑水总重量浑水总体积浑水容重
得：()
610w
w
s s
S S S γγγγ=
?+- 整理得到
()6
6
101110
w s S S S γγγ--=--?
23. 将含沙水体的容重γm 分别表达为重量比含沙量S w 的和体积比含沙量S v 的函数。 解：公式2-32得：()()()11m w v v s v s v S S S S S γγγγγγγ=+-=+-=+- 又因为 w
v s
S S γ=代入得：
24. 动床河工模型设计中的一个重要参数是沉速比尺λω = ωp /ωp ，其中下标p 表示原型沙的沉速，下标ω表示模型沙的沉速。为了达到原型、模型淤积部位相似，常令λω = λv = (λh )1 /2，其中λh 是模型的垂向长度比尺。已知原型沙的容重是γs = 2650 kgf / m 3，原型沙的中值粒径是D 50 = 0.03 mm ，原型中水温为20℃。模型的垂向长度比尺λh = 40,模型中用容重为γs =1500 kgf / m 3的电木粉末作为模拟沙。试求：
（1）试验中水温控制在20℃，则模型沙的中值粒径D 50应是多少？
（2）试验中的实际水温是5℃，此时仍按（1）算出的模型沙中值粒径D 50进行试验，则试验中实际的沉速比尺λω是多少？
（3）试验时水温控制在20℃，但模型中悬沙浓度为100 kg / m 3，此时试验中实际的沉速比尺λω是多少？
提示：沉速用层流区公式计算，粒径用D
代表，水的物理性质如下：
0 v 解：（1）
6.3246p
ω
ωω=== 层流区沉速计算公式为 2
118s gD γγωγν
-=，且模型与原型水温同为20℃
()1w
m s w s s S S γγγγγγγγ??
=+-=+- ???
故 ()(
)22
502250502650998.20.031500998.2p sp p p s D D D ωωωωω
ωγγωγγ--?===--?，得 500.02164D mm ω=且 ()()
2
32
506
42650998.29.80.0310********.2 1.004108.0761110/sp p p
p p p
gD m s
γγωγν----???-=
=
???=?
（2）模型水温为5℃，原型水温为20℃，此时
()()
2
32
506
5150010009.80.0216410118181000 1.514108.4200010/s gD m s
ωωω
ωωωγγωγν----???-==
???=?
故 4
5
8.07611109.591588.4200010p h ωωλω--?===?
（3）模型与原型水温同为20℃
4
40 1.2769510/m s ωω--===?
1001
150015
v S =
==模型悬沙浓度模型沙密度
故 ()
5
5
44011 1.276951010.9043910/15v S m s ωωω--?
?=-=??-=? ???
所以 4
44
8.07611108.9299010/0.9043910
p m s ωωωλω---?===??
第三章 1~6题略
1. 写出明渠均匀流动断面平均流速的经典阻力方程式。 答：
2. 试述明渠均匀流动断面平均流速的对数律公式各变量的意义。 答：对数律公式
* 5.75lg 12.27s U
R k U χ??
'= ?'??
其中，s k 为边界粗糙突起的高度，也称边壁粗糙尺度或床面粗糙尺度；R '为沙粒阻力对应
的水力半径；*U '=
χ为校正系数，由图3-10确定，
图中*11.6U δν=，为粘性底层的计算厚度。
3. 分析下列针对明渠水流阻力问题所作的判断是否正确： （1）Manning 系数n 只随边界粗糙度而变；
（2）Darcy-Weisbach 系数f 不仅与边界粗糙程度有关，还与水深有关。 答：
（1）错，如河底沙波的消长，或当河渠中的杂草生长时，水流强度低的情况下杂草直立使n 值较大，而水流强度大的情况下（例如发生洪水时），杂草会倒伏，使得n 值较小。
（2）对，由公式（3-21）得：2
138gn f R
=，而式中R 与h 有关。
4. Shields 数可以看作哪两个力的比值？
答：Shields 数可以看作水流作用在床面上的剪切力与床沙水下重力的比值。
5. 试说明水流的流区与床面形态之间的关系。
答：对应于定床水流的缓流、临界流、急流三种情况，可以将动床明渠水流的能态分为如下三种，各自对应于不同的床面形态，如书上图3-4所示。 （1）低能态流区：其床面形态包括：①沙纹；②沙垄。
（2）过渡区。其床面形态是平整床面，这是从沙垄到逆行沙垄的过渡区。
（3）高能态流区。其床面形态包括：①平整床面；②逆行沙垄和驻波；③急滩与深潭。
非平整状况下沙质河床形态统称为沙波。
6. 试推导Chezy 阻力系数C 、Manning 糙率系数n 、Darcy-Weisbach 阻力系数f 、对数公式中粗糙突起高度k s 、床沙代表粒径D 65五者之间的关系。 答：略，详见书上第60页公式（3-21）的推导。
7. 某渠道断面为梯形，底宽为 5.0 m ，边坡 1﹕2，坡降 J = 3/10000（万分之三），边壁突起高度k s = 0.008 mm ，无床面形态，试用Einstein 的断面平均流速公式求 Q = 35 m 3/s 时的水深。
解：已知 b = 5.0 m ，m = 2，J = 0.0003，k s = 0.008 m ，Q = 35 m 3/s 水力半径
52b mh h
h h R ++=
=
Einstein 统一公式为
* 5.75lg 12.27s U
R k U χ??
'= ?'?
?，无床面形态，所以**,R R U U ''==
又因为()35
52Q U A h h
=
=
+
，*U =
，6
*0.0080.00811.611.610
s
k U δ
ν-=
==?χ可查图3-10，代入得：
5.75lg 12.270.008R χ?
?= ?
?
? 此公式两边皆为关于h 的函数，故采用试算法
得水深h = 2.586 m
也可采用Fortran 编程调用IMSL 库，源程序如下： program main use IMSL
implicit none
real(8), parameter :: ERRABS = 0.0
real(8), parameter :: ERRREL = 0.000001 integer :: MAXFN = 100 real(8) :: A,B
real(8), external :: F A=2. B=3.
call DZBREN (F, ERRABS, ERRREL, A, B, MAXFN) write(*,*) B,MAXFN end program
real(8) function F(X) implicit none real(8) X,r
r=(2.*x+5.)*x/(5.+2.*sqrt(5.)*x)
F = 35./((2.*x+5.)*x)/(sqrt(9.8*r*0.0003))-5.75*log10(12.27*r/0.008) return end function
得水深 h = 2.586016 m
8. 已知：梯形断面渠道如图，Q = 40 m 3/s ，坡降 J = 8/10000（万分之八），b = 5 m ，ν = 10-6 m 2 / s ，泥沙粒径 D 35 = 0.3 mm ，D 65 = 0.9 mm ，水深 h = 2.0 m 。设断面平均流速U 由沙粒阻力决定，即
* 5.75lg 12.27s U
R k U χ??
'= ?'??，求沙粒阻力对应的水力半径R ’。
解：忽略岸壁阻力，即 R = R ’。
* 5.75lg 12.27s U
R k U χ??
'= ?'??
令 k s = D 65 = 0.9 mm = 0.0009 mm 。为了从图3-10查出χ，需要用到粘性底层厚度δ′的值：
64
*11.6U νδ--'==='
故
s
k δ='
用 R ’的试算值计算Einstein 的水流强度参数 ψ′。 35 2.65 1.00.00030.61875
1.00.0008s D R J R R γγψγ--'=
=?=
'''
? 由图3-10可查出此ψ′值所对应的 *U U '值为80。 计算*U '和R ''的值
**U U U U ?''= ? ?''??
()()
2
2
**0.00784
U U R g J ''
''
''=
=
水力半径 R 与水深的关系为：
5252 2.0 2.0 1.29085h h R m ++??=
==
水深与面积的关系为：()()25252 2.0 2.018A h h m =+=+??= 求出Q AU =，与给定的流量值比较。 采用试算法:
得 R ’ = 1.100 m
9. 用于床面上的全部剪切力中只有一部分对沙波的形成(也即推移质的运动)直接起作用,这就是所谓的 B 。
(A)沙波阻力 (B)沙粒阻力
10. 在宽2.4 m 的水槽中测得如下数据：
试运用图3-5到图3-9所示的判别准则估计其床面形态，并与实测结果对比。 解：
已知D 、U 、J 、h 及实测床面形态，得下表：
根据Θ与Re *及图3-5得两种情况下床面形态分别为短沙垄和短沙垄。 根据Θ与Fr 及图3-9得两种情况下床面形态分别为沙垄和过渡区。
11. 某河流中平均流速U = 1.7 m/s ，平均水深h = 3.0 m ，水力坡降J = 7.7 / 10000（万分之七点七），推移质粒径D = 0.51 mm ，试用图3-9判断河床上有无沙波形态。
解：010009.8 3.00.0007722.638ghJ Pa τρ==???=
()()03
22.638
2.74510265010009.80.5110s D τγγ-Θ=
==--???
0.31353Fr =
== 根据Θ与Fr 查图3-9得：河床形态为沙垄。
12. 已知宽浅型冲积河道，单宽流量q = 2.5 m 3/(s ·m)，比降为J = 3/10000（万分之三），D 50 = 0.5 mm ，D 35 = 0.3 mm ，D 65 = 0.9 mm 。试用Einstein 方法求其水深，并求此种情况下的糙率n 和Darcy-Weisbach 系数f 各为多少？
解：忽略岸壁阻力，即R = R b 。计算步骤如下： （1）给出R ’的初始试算值。
（2）用R ’的试算值计算平均流速。
* 5.75lg 12.27s U
R k U χ??
'= ?'??
其中令k s = D 65 = 0.9 mm = 0.0009 mm 。为了从图3-10查出χ，需要用到粘性底层厚度δ′的
值：
64
*
11.6U νδ--'==='
故
s
k δ='
（3）用R ’的试算值计算Einstein 的水流强度参数 ψ′。
35 2.65 1.00.0003 1.65
1.00.0003s D R J R R γγψγ--'=
=?=
'''
? 由图3-10可查出此ψ′值所对应的 *U U '的值。 （4）计算*U '和R ''的值
**U U U U ??''= ? ?''??
()()
2
2
**
0.00294
U U R g J ''''''=
=
（5）因为是宽浅型河道，故水力半径 R 与水深的关系为：R h ≈
（6）求出q hU =，与给定的单宽流量比较。 采用试算法:
最终试算成果为R = 1.919 m 时q = 2.494 m 3/(s ·m)
故 1.919h R m ==
22113322
1.9190.0003
0.020591.299
R J n U ?=
== 22
889.8 1.9190.00030.026751.299
gRJ f U
???===
13. 某梯形断面渠道，边坡1﹕2，b = 5 m ，J = 8/10000（万分之八），D 50 = 0.5 mm ，D 35 = 0.3mm ，D 65 = 0.9 mm ，水的容重为γ = 1000 kgf/m 3，泥沙的容重为γs = 2650 kgf/m 3，水的动力黏滞系数为ν = 10-6 m 2/s 。用Engelund 方法求h-Q 关系曲线，要求包括h-Q 关系的双值区域。 解：可以按以下步骤进行求解： （1）假定一个水深h 。 （2）计算Θ。52b mh h
h h R ++=
=
()3
50520.0008
0.969701.650.510s h h RJ R D γγγ-+Θ=
=?=-??（3）求Θ′。按Engelund 的()f 'Θ=Θ经验关系查出，或由其拟合方程式(3-40)~式（3-40）求得。对不同的Θ′值的范围，用相应的公式计算。 （4）由Θ′值求R ’。由()50
s R J
D γγγ''Θ=-可知()50s D R J γγγ-''=Θ。
（5）求平均流速：
506 2.5ln 2h U D ?
??'=+? ????
（6）求过水断面面积：()52A h h =+?。
（7）求流量:Q Q A U =?。至此，求得h-Q 关系曲线上的一个点。
绘制曲线如下：
14. 已知宽浅型冲积河道，湖宽 B = 850 m ，流量 Q = 2500 m 3/s ，比降为 J = 3 / 10000（万分之三），D 50 = 0.06 mm 。试用李昌华、刘建民方求其平均水深和流速，并求此种情况下的糙率 n 和 Darcy-Weisbach 系数 f 各为多少？
解：按李昌华、刘建民方法求水深—流量关系的步骤如下： （1）根据已知的水深 h 、D 50、D 95（≈2 D 50），用冈恰洛夫公式（3-42）计算起动流速 U c ； （2）给出断面平均流速的一个初始试算值U c 计算U/U c ，按照U/U *的是量值和床沙粒径值，
选用式（3-43）～ 式（3-46）中适当的表达式计算50y D n ；
（3）根据已知的D 50和50y D n 求出n ，再由Manning 公式求出流速值U ；
（4）将第（3）步算出的值与初始试算值U 比较，如有相差较大，则可采用第（3）步中计算得出的U 值，代回到第（2）步重复计算，直到满意为止； （5）计算流量Q = AU 。
最终得到：h = 0.89666 m ， U = 3.28015 m/s ，n = 0.00491， 22
889.80.896660.0003
0.001963.28015gRJ f U ???===
若取y = 1/6 得：
最终得到：h= 1.26535 m ，
U = 2.32440 m/s ，n = 0.00872， 22
889.8 1.265350.0003
0.005512.32440
gRJ f U ???=
==
第四章
1. 判别泥沙起动主要有哪几种方法？ 答：泥沙起动主要有两种方法： （1） 流速大于等于临界起动流速 （2） 拖曳力大于等于临界起动拖曳力
2. 推导指数型的起动流速公式，设：()16
*U U K y D =
解：
由
1
6
*U y K U D ??
= ???
① 其中，U —距床面距离为y 处的流速，U *—断面的剪切流速 将①式积分得
断面的平均流速16
116**160
0611111167h h
KU h U Udy KU y h h D D +????=== ???+??
? ② 结合①、②得： 176y U U h ??
= ???
③
以y D α=处流速作为作用于泥沙的代表流速，此时c U U =，则
16
1676b c D U U h α??
= ???
④
又因为上举力 2
24
2
b L L
U D F C ρπ= ⑤
绕流阻力 2
24
2
b d d U D F C ρπ= ⑥
水下重量 ()31
6
s W D γγπ'=
- ⑦ 床面沙粒开始滑动的条件为 ()tan d L F W F ?'=?- 将⑤、⑥、⑦及④式代入上式得：
()
()
16
3
216
7
tan tan 6
4
26
s d L c D D
D C C U h ππρ?γγ?α??
???-=+?? ???????
化简得到：16
c h U D ?
=
??
实验资料确定
1.14η=
=
即得指数型的起动流速公式—沙莫夫公式： 1c h U D ?
=??
3. 已知一宽浅河道，D 50 = 0.6 mm ，h = 3.5 m ，求： （1）根据Shields 曲线求其临界起动床面剪切力τc ；
（2）采用不同形式的临界起动平均流速公式计算起动流速U c 。 解： （1
18.69== 查图4-4得：0.033c Θ=，*Re 10.5= 因此临界起动剪切应力为
()()30.033265010009.80.6100.320166c c s gD Pa τρρ-=Θ-=?-???=
（2）宽浅河道 b
h ,故 3.5R h m ==
①采用对数型流速公式计算
12.27c s R U χκ??
= ??
?
33.515.610l g 12.270.610-??
?=? ????
0.4994
9/m s =
②采用沙莫夫公式计算
1c h U D ?
=??
16
33.51.140.610-??
= ?
???
0.4764
2/m s =
4. 已知无粘性颗粒，比重为2.65，粒径分别为D = 10.0 mm ，1.0 mm 和0.1 mm ，求： （1）根据Shields 曲线，分别求其临界起动Shields 数、临界起动剪切力和临界起动剪切流速。
（2）分别采用对数型临界起动平均流速公式和沙莫夫公式计算水深为1 m ，10 m ，30 m 时
的临界起动平均流速值。
（3）设水深分别为h = 0.2 m ，1 m ，10 m ，30 m ，分别采用张瑞瑾公式（4-31）和窦国仁公式（4-32）计算临界起动平均流速值。 解：
（1）求解过程同第3题
（2）对数型临界起动平均流速公式：12.27lg
c R
U D
= 沙莫夫公式：1
6
c h U D ?
=??
得下表：
（3）张瑞瑾公式：0.14
c h U D ??
= ?
??
窦国仁公式：c U =得下表：
5. 分析粘性细颗粒泥沙起动的影响因素。
答：粘性细颗粒泥沙起动的影响因素有：水深、粒径、细颗粒泥沙容重、床面粗糙高度、细
河流动力学复习整理
（0）河流动力学概念:研究冲积河流在自然状态下以及受人工建筑物影响以后河道水流、泥沙运动规律和河床演变规律及其应用的学科。 主要研究内容: 水流结构：研究水流内部运动特征及运动要素的空间分布; 泥沙运动：研究泥沙冲刷、搬运和堆积的机理; 河床演变：研究河流的河床形态、演变规律以及人为干扰引起的再造床过程; 河床变形预测：研究预测水流、泥沙运动及河床冲淤演变的方法. 研究方法: 理论分析, 室内试验,现场观测，数值计算 （1）河道水流的基本特性：河道水流的二相特性；河道水流的三维性；河道水流的不恒定性；河道水流的不均匀性 河道水流的水流结构：主流，副流，环流 二维明渠流速的分布规律：1.直线层，也成粘滞底层，切应力只有粘滞切力，流速按直线分布2.过渡层，粘滞切力与紊动切力同时存在，流动是层流和紊流的过渡区，该层没有统一的流速分布公式，近似按直线层或对数层公式计算3.对数层，切应力主要是紊动切应力，流速按对数分布4外层区.在对数层以上到水面的区间，切力主要是紊动力，流速分布常以缺速公式表示，故也称缺速区。流速分布要受上部边界影响，与边壁糙率也有一定关系。 河道水流阻力分解图：见ppt1 76页 明渠二维流的阻力损失表达方式：见ppt1 77页 （3）按运动状态分，泥沙的运动形式有：（床沙），推移质、悬移质 泥沙交换现象： 推移质泥沙运动特点：间歇性、置换性、速度小、跳跃性、数量少、消耗时均能量 悬移质泥沙运动特点：速度大、悬浮性、置换性、数量多、消耗紊动能 冲泄质：河流挟带的泥沙中粒径较细的部分，且在河床中数量很少或基本不存在的泥沙。 床沙质：河流挟带的泥沙中粒径较粗的部分，且在河床中大量存在的泥沙。 两者主要区别：1.前者是非造床质泥沙，后者是造床质。2.前者粒径较小，后者粒径较大3.前者在水流中的含量不仅取决于水流条件，还与河段上游流域供沙条件有关。 推移质~悬移质与床沙质~冲泄质命名的区别：前者按运动方式分；后者按造床作用、颗粒大小和泥沙来源分。 异重流：两种或两种以上的流体相互接触，而流体间有一定的但是较小的重度（密度）差异，如果其中一种流体沿着交界面的方向流动，在流动过程中不与其它流体发生全局性的掺混现象的运动。 异重流主要特征：（1）异重流的重度差很小，重力作用小，惯性作用大（2）具有翻越障碍以及爬高的能力 （5）泥沙悬浮机理：含沙量具有上稀下浓的沿垂线梯度。 泥沙悬浮扩散理论：基于泥沙颗粒在紊流中随机运动来求解泥沙浓度垂向分布的理论 重力理论：挟带悬移质的水流在运动过程中要消耗能量。所消耗能量分为两部分，一部分用于克服边界的阻力；另一部分用于维持悬移质的悬浮。重力理论的观点认为，悬移质的比重一般比水大得多，要使它在水里不下沉，水流必须对它做功以维持悬浮，即水流必须为此而消耗能量。 推求悬移质含沙量沿垂线分布规律有哪些方法：1.Rouse 公式2. 张瑞瑾公式3重力理论——维利卡诺夫公。. Rouse 方程及其中悬浮指标Z 的意义和如何计算：z a a h a y y h S S ??? ? ??-?-=，*=kU z ω，实际代表了重力作用与紊动扩散作用的相互关系
波浪要素与流场测量实验指导
波浪要素与流场测量实验指导 波浪要素的测量 一、试验时间： 二、实验地点：长沙理工大学水利实验中心实验大厅 三、实验人员： 四、实验仪器设备：水槽、造波机、防波堤模型、浪高仪、数据采集仪、秒表、米尺、照相机。 五、实验要求： 1、了解认知风浪槽结构，如图一所示，实验风浪水槽为40m（长）X 1m（高）X0.8m（宽），实际有效长度为37m。 图一 实验布置图 2、了解掌握风浪槽各个结构作用及操作流程 造波机：造波机在风浪的最前端，是制造波况的主要设备。按照设计要求可以制造规则波、椭圆波、不规则波、破碎波、孤立波、聚焦波。波况参数设置有：周期、波高、水深等等参数。 操作流程：严格按照造波机的开关机程序说明来执行。 效能网：在离造波机最远的地方，作用是减少多次反射。
3、了解测量仪器和采集仪器，并熟悉数据测量和采集 浪高仪：浪高仪为加拿大Richard Branker Research 公司生产的WG—50型。测量每个时刻波高的变化趋势：波高和周期。 采集系统：采集系统是武汉优泰软件有限公司生产的utelk采集系统T3232f以及北京东方振动和噪声研究所制造的INV306智能信号分析系统。 数据采集：浪高仪根据生产厂商的率定，导线与电源盒需要一一的对应连接，并且检查信号通信质量。浪高仪信号经过utelk采集系统转化为软件所能认识的信号，在电脑端进行采集。utelk采集系统设定根据实验数据需要进行设定，主要设定参数有：时间函数、通道标识、采集通道数、设备，描述、报警值、细化、频谱参数、分析频率、平均与谱线数、工程单位、校正因子、采集控制、频响函数、抗混滤波、程控放大、触发参数等等。 4、数据分析 熟练掌握实验所测电压值转化为工程值方法及步骤（浪高已经经过率定：20mv电压值对应1mm水深工程值），提高对数据的真伪判别能力。 学会根据两点法分离计算入射波与反射波波高。两点分离法的理论基础：见附页。 为了简捷，选择吴宋仁教授主编的《海岸动力学》p51方法。假设反射波是稳定，由于反射波具有和入射波相同的波长和周期，故在离模型x=n*L/2,n=0,1,2,3……,处出现最大波高Hmax=Hi+Hrf，在x=（2n-1）*L/4处出现最小波高：Hmin=Hi-Hrf。其中Hi为入射波，Hrf为反射波，反射系数为 Krf=Hrf/Hi。 根据计算转化的工程值，图表及文字分析水力要素随波况变化的趋势，主要是反射系数随波高、波周期、波长、水深等要素的变化趋势。 5、上交实验报告及数据分析结果。 6、培养动手能力，提高对实验的兴趣。
最新浙江大学《海岸动力学》考点整理
【名词解释】 （15题×2分=30分） 第2章 1.海浪：风作用于海面产生的风浪 2.涌浪：风平息后海面上仍然存在的波浪或风浪移动到风区以外的波浪。 3.规则波不规则波/随机波浪:规则波波形规则，具有明显的波峰波谷，二维 性质显著。不规则波波形杂乱，波高，波周期和波浪传播方向不定，空间上具有明显三维性质。 4.混合浪：风浪和涌浪叠加形成的波浪 5.深水波，浅水波，有限水深波:深水波h/L大于1/2、浅水波h/L小于1/20、 其之间的称为有限水深波 6.振荡波：波动中水质点围绕其静止位置沿着某种固有轨迹作周期性的来会往 复运动，质点经过一个周期后没有明显的向前推移的波浪。 7.推进波:振荡波中若其波剖面对某一参考点作水平运动，波形不断向前推移 的波浪。 8.立波:振荡波中若波剖面无水平运动，波形不再推进，只有上下振荡的波浪。 9.推移波:波动中水质点只朝波浪传播方向运动，在任一时刻的任一断面上， 沿水深的各质点具有几乎相同的速度的波浪。 10.振幅：波浪中心至波峰顶的垂直距离；波高：波谷底至波峰顶的垂直距离 11.波长：两个相邻波峰顶之间的水平距离 12.波周期：波浪推进一个波长距离所需要的时间 13.波速、波数、波频等概念。 14.波的色散现象：不同波长（或周期）的波以不同速度进行传播最后导致波的 分离的现象 15.波能流:波浪在传播过程中通过单宽波峰线长度的平均的能量传递率 16.波能：波浪在传播过程中单宽波峰线长度一个波长范围内的平均总波能 17.波群：波浪叠加后反映出来的总体现象 18.波频谱（频谱）波能密度相对于组成波频率的分布函数 19.驻波:当两个波向相反，波高、周期相等的行进波相遇时，形成驻波。 20.孤立波：波峰尖陡、波谷平坦、波长无限大的波。 第3章 1.摩阻损失：海底床面对于波浪水流的摩阻力引起的能量损失； 2.浅水变形：当波浪传播至水深约为波长的一半时，波浪向岸传播时，随着水 深的减小，波长和波速逐渐减小，波高逐渐增大，此现象即为浅水变形； 3.波浪守恒：规则波在传播中随着水深变化，波速，波长，波高和波向都将发 生变化，但是波周期则始终保持不变。 4.波浪折射：当波浪传播进入浅水区时，如果波向线与等深线不垂直而成一偏 角，将发生波向线逐渐偏转，趋向于与等深线和岸线垂直的现象； 5.辐聚：在海岬岬角处，波向线将集中；辐散：在海湾里，波向线将分散； 6.波浪的绕射：波浪在传播中遇到障碍物如防波堤、岛屿或大型墩柱时，绕过 障碍物继续传播，这种现象称为波浪绕射； 7.绕射系数：绕射区内任一点波高与入射波高之比； 8.破波带：波浪破碎点至岸边这一地带称为破波带。 9.崩破波，激破波，卷破波（P78）
河流动力学概论(清华版)习题
河流动力学概论(清华版)习题 第二章 1. 等容粒径、筛分粒径、沉降粒径的定义各是什么？为什么筛析法得到的泥沙颗粒粒径接近于它的等容粒径？ 答： （1）等容粒径为与泥沙颗粒体积相同的球体直径。如果泥沙颗粒的重量W 和容重γs （或体积V ）可以测定，则其等容粒径可按下式计算： 113 3 66n s V W D ππγ????== ? ????? （2）如果泥沙颗粒较细，不能用称重或体积法确定等容粒径时，一般可以采用筛析法确定 其筛分粒径。设颗粒最后停留在孔径为D 1的筛网上，此前通过了孔径为D 2的筛网，则可以确定颗粒的粒径范围为D 1＜D ＜D 2。 （3）对于粒径小于0.1 mm 的细砂，由于各种原因难以用筛析法确定其粒径，而必须用水析法测量颗粒在静水中的沉速，然后按照球体粒径与沉速的关系式，求出与泥沙颗粒密谋相同、沉速相等的球体直径，作为泥沙颗粒的沉降粒径。 （4）对形状不规则的泥沙颗粒，可以量测出其互相垂直的长、中、短三轴，以a ，b ，c 表示。可以设想颗粒是以通过中轴筛孔的，因此筛析所得到的颗粒的中轴长度b 。对粒径较粗的天然泥沙的几何形状作统计分析，结果可以表达如下式： ()13 b ab c = 即中轴长度接近（实测结果为略大于）三轴的几何平均值。如果把颗粒视为椭球体，则其体积为 6 V abc π = 等容粒径为 ()11 3 36n V D abc π??== ??? 因此，如果上述各假设成立，则筛析法所得到的泥沙颗粒粒径（颗粒恰好通过的孔径）接近于它的等到容粒径。 2. 100号筛的孔径是多少毫米？当泥沙粒径小于多少毫米时就必须用水析法做粒径分析？ 答：查表2-2知100号筛的孔径是0.149 mm ，当泥沙粒径小于0.1 mm 时就必须用水析法做粒径分析。 3. 什么是颗粒的形状系数？ 答：有时采用形状系数（shape factor ）来综合表示颗粒形状特点，定义如下： SF = 4. 密度、容重、干容重在概念上有什么区别？ 答：
空气动力学题库21-1-8
空气动力学题库21-1- 8
问题： [单选]下列说法错误的是（） A.流体的粘性和逆压梯度是边界层分离的必要条件 B.粘性流体运动的基本性质有：运动的有旋性、旋涡的扩散性、能量的耗散性 C.曲壁面上的边界方程与平壁面上的完全相同 D.雷诺数代表作用在流体为团上的惯性力与粘性力之比
问题： [多选]下列关于粘性的说法正确的是（） A.由于实际流体都存在粘性，所以实际流体中存在剪切力。 B.液体的动力粘性系数随温度的升高而减小，气体的动力粘性系数随温度的升高而增大。 C.压强越大，粘性系数越大。 D.粘性的存在是产生阻力的重要原因。
问题： [多选]下列关于压强的说法正确的是（） A.在理想流体中，其任意一点仅存在法向正应力；在粘性流体中，不仅存在法向正应力，也存在切应力。 B.在理想流体的任意点处，如果受压方位不同，那么压强也不同。 C.当流体平衡时，压强沿某个方向的偏导数，等于单位体积的质量力在该方向的分量。 D.有粘性的运动流体，严格说来压强指的是三个互相垂直方向的法向力的平均值（加负号）。 出处：天津11选5 https://www.wendangku.net/doc/aa12351760.html,;
问题： [单选]下列说法错误的是（） A.流体质点是宏观上组成流体的最小单元：一个包含一定质量的空间点。 B.流体微团是由连续质点组成的质点系。 C.在流体力学中，系统是指有任何确定流体质点组成的团体。 D.在不可压缩流体中，密度处处是同一常数。
问题： [多选]下列关于势函数和流函数的说法错误的是（） A.在平面不可压流场中，势函数和流函数同时存在。 B.势函数在某个方向的偏导数等于速度在那个方向的分量。 C.流函数线的切线方向与速度矢量方向重合。 D.过同一点的等速度势函数线与等流函数线正交
海岸动力学内容汇总
海岸动力学 第一章概论 1、海岸带宽度按从海岸线向内陆扩展10km，向外海延伸到-15~-20m水深计算。 2、海岸的类型： 按照岸滩的物质组成可以把海岸分作基岩海岸、沙质海岸、淤泥质海岸和生物海岸等类型。 基岩海岸，特征是：岸线曲折、湾岬相间；岸坡陡峭、滩沙狭窄。此类海岸水深较大，掩蔽较好，基础牢固，可以选作兴建深水泊位的港址。 沙质海岸：岸线平顺，岸滩较窄，坡度较陡，常伴有沿岸沙坝、潮汐通道和泻湖。此类海岸常是发展旅游、渔港的良好场所。 淤泥质海岸：此类海岸岸线平直，一般位于大河河口两侧，岸坡坦缓、潮滩发育好、宽而分带，潮流、波浪作用显著，以潮流作用为主；潮滩冲淤变化频繁，潮沟周期性摆动明显。淤泥质海岸滩涂资源丰富，有利于发展海洋水产养殖、发展海涂圈围成为陆用于发展农业与盐业或畜牧业等其他产业。 生物海岸：包括红树立海岸和珊瑚礁海岸。 海岸的基本概念：海岸是海洋和陆地相互接触和相互作用的地带，包括遭受海浪为主的海水动力作用的广阔范围，即从波浪所能作用到的海底，向陆延至暴风浪所能达到的地带。 外滩：指破波点到低潮线之间的滩地。 离岸区：破波带外侧延伸到大陆架边缘的区域。 淤泥质海岸从陆到海由三部分组成：潮上带，位于平均大潮高潮位以上；潮间带，为平均大潮高潮位到平均大潮低潮位之间的海水活动地带；和潮下带，在平均大潮低潮位向海一侧。 海岸侵蚀：指海水动力的冲击造成海岸线的后退和海滩的下蚀。 引起海岸侵蚀的原因主要有两种：一是由于自然原因：如河流改道或入海泥沙减少、海面上升或地面沉降、海洋动力作用增强等；二是由于为人原因，如拦河坝的建造、滩涂围垦、大量开采海滩沙、珊瑚礁，滥伐红树林，以及不适当的海岸工程设施等。 常见的海岸动力因素主要有：
海岸动力学-严以新-习题讲解学习
第一章 1．1 建立简单波浪理论时，一般作了哪些假设？ 1．2 试写出波浪运动基本方程和定解条件，并说明其意义。 1．3 试写出微幅波理论的基本方程和定解条件，并说明其意义及求解方法。 1．4 线性波的势函数为 ()[]()()t kx kh z h k gh σσφ-+= sin cosh cosh 2 证明上式也可写为 ()[]()()t kx kh z h k Hc σφ-+=sin sinh cosh 2 1．5 由线性波的势函数证明水质点轨迹速度 ()[]()()t kx kh z h k T H u σπ-+= cos sinh cosh ()[]()() t kx kh z h k T H σπω-+= sin sinh sinh 并绘出相位()t kx σ-=0~2π时自由表面处的质点轨迹速度变化曲线以及相位等于0，π/2，π，3π/2和2π时质点轨迹速度沿水深分布。 1．6 试根据弥散方程，编制一已知周期T 和水深h 计算波长、波数和波速的程序，并计算出T =9s ，h 分别为25m 和15m 处的波长和波速。 1．7 证明只有水深无限深时，水质点运动轨迹才是圆。 1．8 证明线性波单位水柱体内的平均势能和动能为2 161gH ρ。 1．9 在水深为20m 处，波高H =1m ，周期T =5s ，用线性波理论计算深度z =–2m 、–5m 、–10m 处水质点轨迹直径。 1．10 在水深为10m 处，波高H =1m ，周期T =6s ，用线性波理论计算深度z =–2m 、–5m 、–10m 处水质点轨迹直径。 1．1在某水深处的海底设置压力式波高仪，测得周期T =5s ，最大压力2max /85250m N p =(包括静水压力，但不包括大气压力)，最小压力2min /76250m N p =，问当地水深、波高是多少? 1．12 若波浪由深水正向传到岸边，深水波高m H 20=，周期s T 10=，问传到lkm 长的海岸上的波浪能量(以功率计)有多少？设波浪在传播中不损失能量。 1．13 在水深为5m 处，波高m H 1=，周期s T 8=，试绘出二阶斯托克斯波与线性波
空气动力学考试题与答案
（1~6） 一、概念 1、理想流体：忽略粘性的流体。 2、粘性：当流体各流层间发生相对滑移时，流体内部表现出阻碍这种相对滑移的性质。 3、完全气体：忽略气体分子的体积，忽略分子间引力和斥力，忽略碰撞完全弹性。 4、等温压缩系数：在可逆定温过程中，压力每升高一个单位体积的缩小率。 5、绝热压缩系数：在可逆绝热过程中，压力每升高一个单位体积的缩小率。 6、热胀系数：在准平衡等压过程中，温度每升高一个单位体积的膨胀率。 7、功率系数：风（空气）实际绕流风机后，所产生的功率与理论最大值 P maX=1/2 'V o2A 之比。 8贝兹极限：功率系数的最大值，其数值为0.593。 9、弦长：前、后缘点所连接直线段的长度。 10、骨架线（中轴线）：风力机叶片截面上内切圆圆心的连线。 11、弯度、最大弯度：中轴线与几何弦长的垂直距离称为弯度；中轴线上各点弯度不同，其中最大值为最大弯度。 12、拱度、最大拱度：截面上弦的垂线与轮廓线有两个交点，这两个交点之间的距离称为拱度；截面上弦的垂线上的拱度不同，其中最大值为最大拱度。 13、 NACA4412 :“NACA ”，美国航空总局标志；第一个“ 4”，表示最大弯度出现在弦上距前缘点4/10弦长处；第二个“4”，表示最大弯度为弦长的4%; “12” 表示最大拱度为弦长的12%。 14、简述绕流翼型产生升力的原因。 无穷远处均匀来流，绕流如图所示翼型，在尾部锐缘点处产生一个逆时针的漩涡，均匀来流无涡，因此在翼型表面形成一个与尾涡大小相当，方向相反，顺时针漩涡，使上表面流速加快，下表面流速减慢，由伯努利方程，上表面流速减慢，压力增大，上下表面压差产生升力。 15、写出理想流体的伯努利方程（不计重力），并说明其物理意义。 P+1/2 ‘V2=常数（P/ '+1/2=常数） 物理意义:流体压力势能与动能之间相互转化，二者之和守恒。 16、简述风能本身及当前风力发电产业链的优缺点。 风能本身优点：清洁、可再生、无污染、分布广缺点:过于分散、难于收集、稳定性差 风力发电产业链优点：可再生、分布广 缺点：过于分散、难于集中与控制、稳定性差、使用寿命短、成本高 17、风力机叶轮转速是多少？20~50r/mi n 励磁电机转速是多少？1000r/min、1500r/min、3000r/min 如何实现变速？通过变速齿轮箱来实现 二、图表分析与简答。 1、P27 图 4.4 推力系数C T关于a=0.5对称。当a=0.5时，C T取最大值，C TmaX=1;当a=0 或1时，C T取 最小值C Tmin=0;功率系数C P在a 0.33时，取最大值，C PmaX 0.59
海岸动力学复习
填空 1波浪按波浪形态分为规则波和不规则波。大洋中的风浪是不规则波或随机波；离开风区后自由传播的的涌浪可视为规则波。 2波浪按传播海域的水深分为深水波、有限水深波和浅水波。分别将h/L =1/2和h/L =1/20作为它们之间的界限。 3波浪非线性的程度取决于波高、波长、水深的相互关系，在深水中影响最大的特征比值是波陡，在浅水中影响最大的是相对波高。 4波长较短的风浪进入水流较大的水域，或骑在波长较长的涌浪或潮波之上时，其波长、波速、波高及波向均将发生变化，而波周期保持不变。 5对波群速度与波速的关系而言，浅水波的波群速度为 C g =C s = gh ，深水波的波群速度为C g =12C 0。 6一般把h/L <1/20的波浪称为浅水波，其群速为C g =C = gh 7斯托克斯波的水质点运动轨迹不封闭，运动一个周期后有一净水平位移，造成一种水平流动，称为漂流或质量输移；造成泥沙净输运。 8近岸水流速度的垂向分布，可采用对数分布或指数分布两种形式。垂向水流结构的分层描述中常采用Boussinesq 假定。 9重力波周期的范围在1至30秒之间，周期为200秒的是低频波，潮波的周期大于 12小时 。 10海岸线是指 陆地与海水的边界线。从海岸动力学的角度，海岸带的范围是从波浪所能作用的海底，向陆延至暴风浪所能达到的上界。 12当两列波向相反，波高、周期相等的行进波相遇时，形成驻波。驻波的动能是入射行进波的2倍。 13非线性的有限振幅波理论主要有斯托克斯波理论、椭余波理论、孤立波理论等。 14一般认为，波浪破碎的运动学条件是波峰处水质点运动速度大于波峰相速度；动力学条件是质点离心力大于约束力重力，出现溢出现象。 15引潮力主要包括月球和太阳对地球上海水的引力，以及地球与月球绕其公共质心旋转产生的惯性离心力。 16辐射应力向岸的分量xx S 梯度驱动产生波浪增减水，xy S 梯度驱动产生沿岸流，yy S 梯度驱动 产生裂流和近岸环流。 17海洋潮波运动包括海面周期性升降,称为潮汐，和海水周期性流动称为潮流。 18沙质海岸的短期演变主要是指海岸横剖面在波浪和水流作用下的季节性冲淤变化。沙质海岸的典型剖面形式为沙坝剖面和滩肩剖面，也称为风暴陪面和常浪剖面。 19淤泥质海岸的地形变化与沙质海岸的变化有所不同，其主要特征往往是在动力较强的地方发生冲刷，在动力较弱的地方发生淤积。 20一列简单波浪进入浅水区后，在传播中随水深变化，其波速、波长、波高和波向都将发生变化，但是其波周期则始终保持不变，波浪这一性质为分析它从深水传播到浅水的变化提供方便。 21沿岸输沙是波浪和波生流共同作用引起的纵向泥沙运动，主要发生在破波带内，其机理是波浪掀沙和沿岸流输沙；沿岸流量最大输沙率出现在破波线和沿岸流速最大值之间。 22辐射应力可定义为波浪运动引起的剩余动量流。 23沿岸沙坝和滩肩是沙质海岸剖面形态的重要特性构造。卷破波是形成沿岸沙坝的主要原因。 24近岸流包括 向岸流 、沿岸流 和 离岸流 25海岸可分为 沙质 海岸和 淤泥质 海岸
海岸动力学复习题word资料29页
第一章 波浪理论 1.1 建立简单波浪理论时，一般作了哪些假设? 【答】：（1）流体是均质和不可压缩的，密度ρ为一常数； （2）流体是无粘性的理想流体； （3）自由水面的压力均匀且为常数； （4）水流运动是无旋的； （5）海底水平且不透水； （6）作用于流体上的质量力仅为重力，表面张力和柯氏力可忽略不计； （7）波浪属于平面运动，即在xz 水平面内运动。 1.2 试写出波浪运动基本方程和定解条件，并说明其意义。 【答】：波浪运动基本方程是Laplace 方程：02222=??+??z x φ φ或写作：02=?φ。该方程属 二元二阶偏微分方程，它有无穷多解。为了求得定解，需有包括初始条件和边界条件的定解条件： 初始条件：因波浪的自由波动是一种有规则的周期性运动，初始条件可不考虑。 边界条件： （1）在海底表面，水质点垂直速度应为0，即 =-=h z w 或写为在z=-h 处， 0=??z φ （2）在波面z=η处，应满足两个边界条件，一是动力边界条件、二是运动边界条件 A 、动力边界条件 0212 2=+??? ???????? ????+??? ????+??==ηφφφ η η g z x t z z 由于含有对流惯性项??? ? ??????? ????+??? ????2221z x φφ，所以该边界条件是非线性的。
B 、运动边界条件，在z=η处 0=??-????+??z x x t φφηη。该边界条件也是非线性的。 （3）波场上下两端面边界条件 ),(),,(z ct x t z x -=φφ 其中c 为波速，x -ct 表示波浪沿x 正向推进。 1.3 试写出微幅波理论的基本方程和定解条件，并说明其意义及求解方法。 【答】：微幅波理论的基本方程为：02=?φ 定解条件：z=-h 处， 0=??z φ z=0处， 022=??+??z g t φ φ z=0处，?? ? ????-=t g φη1 求解方法：分离变量法 1.4 线性波的势函数为()[]() ()t kx kh z h k gH σσφ-?+?= sin cosh cosh 2， 证明上式也可写成()[]() ()t kx kh z h k Hc σφ-?+?= sin sinh cosh 2 【证明】： 由弥散方程：()kh gk tanh 2?=σ以及波动角频率σ和k 波数定义: T πσ2= , L k π 2= 可得：()kh L g T tanh 22π πσ?=? ， 即 ()()kh kh L T g cosh sinh ? ?=σ 由波速c 的定义：T L c = 故：()()c kh g kh sinh cosh ?=?σ 将上式代入波势函数： ()[]() ()t kx kh z h k gH σσφ-?+?= sin cosh cosh 2 得： ()[]() ()t kx kh z h k Hc σφ-?+?= sin sinh cosh 2 即证。
河流动力学-复习题教学内容
河流动力学-复习题
泥沙特性 粒径：就是体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。 粒配曲线的特点、参数、作法: 沙样的平均粒径D m 是沙样内各泥沙粒径组的加权平均值。 横坐标D 粒径，纵坐标P 百分数。 作法：将粒配曲线的纵坐标p 按变化情况分成若干组，并在横坐标D 上定出各组泥沙相应的上、下限粒径D max 和D min 以及 各组泥沙在整个沙样中所占的重量百分比p 。 D ∑ ∑ ==??=n i i n i i i m P P D 11 分选系数S 125 75≥=D D o 泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比称为孔隙率。 比表面积就是颗粒表面积与体积之比。 颗粒比表面积间接地反映了颗粒受到的物理化学作用与重力作用的相对大小。 颗粒表面离子层及周围的反离子层（吸附层及扩散层）构成颗粒的双电子层。 细颗粒泥沙在一定条件下彼此聚合的过程叫做絮凝。 影响絮凝的因素：粒径、电解质价位、含沙量、含盐量。 取未经扰动的原状沙样，量出它的体积，然后在烘箱内经100-105度的温度烘干后，其重量（或质量）与原状沙样整个体积之比，称为泥沙的干容重或干密度。 单颗粒泥沙在无限大静止清水水体中匀速下沉时的速度称为泥沙的沉降速度。单位cm/s 推移质运动
滑动或滚动的泥沙，在运动中始终保持与床面接触叫做接触质。 在床面附近以跳跃形式前进的泥沙叫做跃移质。 悬浮在水中运动，速度与水流速度基本相同的泥沙叫做悬移质。 河床上静止的泥沙颗粒，随着水流条件的增强，到一定条件时开始运动，这种现象称为泥沙的起动。 床面泥沙由静止状态转变为运动状态的临界水流条件就是泥沙的起动条件。可用流速、拖曳力或功率表示。用水流垂线平均流速来表示叫起动流速。 起动拖曳力是指泥沙处于起动状态的床面剪切力。2 *U hJ o ργτ== 泥沙颗粒由运动状态转变为静止状态的临界垂线平均流速叫止动流速。 U C C KU =,岗卡0.71 窦、沙0.83 扬动流速是床面泥沙由静止直接转入悬移状态的临界垂线平均流速。 沙波形态的四种类型：带状(顺直)沙波、断续蛇曲（弯曲）状沙波、新月形沙波、舌状沙波 沙波运动两现象：一是沙波对床沙的分选作用，二是较粗泥沙运动的间歇性。 沙波表面附近的水流流速是沿程变化的，波峰处流速最大，波谷处流速最小。 床面阻力包括沙粒阻力和沙波阻力。沙粒阻力系床面沙粒阻力的摩阻而引起也称为表面阻力。沙波阻力属形状阻力，使迎水面与背水面产生压力差而引起。 沙粒阻力与沙波阻力就是动床阻力。 一定的水流及床沙组成条件下，河道处于不冲不淤输沙平衡状态时，单位时间内通过过水断面的推移质数量，称为推移质输沙率，以G b 表示。 推移质输沙率分五类：以流速为主要参变数、以拖曳力为主要参变数、根据能量平衡观点、从统计法则考虑以及按沙波运行规律来分析。
海岸动力学考试复习大纲
海岸动力学考试复习大纲 一、考试类型：闭卷 二、考试题型 包括 1、名词解释 2、证明或推导题 3、问答题 4、计算题 三、复习考试时间 十七、十八周 四、期末考试所占分数（60%） 五、考试范围 1、名词解释 小振幅波理论深水波及浅水波、波能流辐射应力有效波高能谱方向谱 波浪守恒波能守恒波浪浅水变形波浪折射 波浪增水减水、边缘波、低频波浪、海岸垂向环流 港湾共振开尔文波潮流椭圆无潮点 载沙量体积输沙率平衡输沙、不平衡输沙 2、证明推导 P61-62页，2.4、2.5、2.7题 1）根据波能守恒推导浅水系数
2）根据有限水深极限波陡的表达式推导浅水波浪破碎的判别指标3）试推导河口潮汐的格林定律 4）证明平直海岸破波带外沿岸流速为0 5）p82, 3-7题。5-5题 3、问答题 2-2题； 1）、试利用小振幅波理论解释水质点运动的特征 2）、有限斯托克斯波的主要特征 3）、试解释动水压力在不同水深（浅水、深水、有限水深）的分布特征 4）、试解释深水波与浅水波的差异（波浪要素、水质点速度及轨迹、压力）？ 5）、何谓波浪破碎？有什么判别准则？波浪破碎的特点是什么？6)、简述辐射应力在碎波带内外的变化规律 7）、简述近岸流方程中各项的意义 8）、简述波浪增减水在碎波带内外的变化规律 9）、简述沿岸流在碎波带内的分布特征 10）、请利用简化的潮波理论，阐述地形、径流对一个喇叭形状的、水深由口外向河口湾顶端逐渐减少的河口湾潮汐的影响 教材4.2~4.4题 5.3 -5.4 题，7-1~7-4题，7-7~7-8题
4、计算题 1）掌握深水、浅水波的判别方法，计算深水波和浅水波的波长、波速 2）计算水质点的最大速度、水质点轨迹直径及近底层最大速度 3）计算波能、波动压力 4）掌握波浪浅水系数、折射系数的计算，计算给定水深的波高，判断波浪是否破碎 5）掌握正向入射波浪辐射应力的计算公式及掌握波浪最大减水公式及增水公式，计算给定波浪的增减水 6）掌握沿岸流的计算，如 若等深线平行，深水波高m H 20=，周期s T 8=，深水波向角 300=α，不考虑海滩坡度的影响，请计算并判断5m 水深处波浪是否破碎？1.0m 水深处呢？计算碎波带内平均沿岸流流速。（如b b m b l u v ααcos sin 7.2=） 7）掌握水流强度参数及希尔兹参数的计算公式，泥沙起动的一种判别方式，并判别给定波浪、水深，其泥沙是否被起动？ 8）均匀平直的海岸等深线，深海入射波高2 m ，周期5 sec ，波浪入射角为?15，碎波线处入射角为?5，试求一日的沿岸输沙量。（()b b b g a y EC Q θθα=cos sin 取 06.0=αa ） 9）综合：从波长~波高~水质点速度、轨迹~泥沙起动（沿岸流、沿岸输沙等）
海岸动力学
中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述： 海岸动力学是海岸工程和海岸带资源综合开发利用的理论基础，对于利用与开发海岸带、保护海岸工程至关重要，更是海港建设的关键。本课程包括波浪理论、波浪传播和破碎、近岸水流运动特性、海岸波生流、泥沙基本特性、沙质海岸泥沙运动、沙质海岸形态和变形、淤泥质海岸泥沙运动和岸滩演变以及海岸防护等内容。 2.设计思路： 本课程内容以海岸动力因素（主要为波浪与流）作为出发点，以该动力因素作用下的泥沙运动基本规律为基础，以海滩上的泥沙运动与冲淤规律作为归结。在讲授中以“波浪、流→泥沙运动→海滩变形”为主线，内容具体编排如下： （1）第一章概论 1）主要内容：海岸动力学的定义、研究内容、研究方法、发展简史及和专业的关系 2）教学要求：了解海岸动力学的定义、研究内容、研究方法、发展简史及和专业的关系 3）重点、难点：无 - 3 -
4）其它教学环节（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：无 （2）第二章波浪理论 1）主要内容：微幅波理论、有限振幅波理论、浅水非线性波理论、各种波浪理论的适用范围和随机波、波浪的统计特征和波谱概念、波浪在深水中弥散与传 播 2）教学要求：掌握微幅波理论、有限振幅波理论、浅水非线性波理论、各种波浪理论的适用范围和随机波、波浪的统计特征和波谱概念、波浪在深水中弥散与 传播 3）重点、难点：微幅波理论、有限振幅波理论；有限振幅波理论、浅水非线性波理论 4）其它教学环节：实验3学时，内容是驻波形成试验 （3）第三章波浪传播和破碎 1）主要内容：波浪在浅水中变化、波浪的破碎等。波浪在水流中的运动特性和底摩阻引起的波能衰减 2）教学要求：掌握波浪在浅水中变化、波浪的破碎等。了解波浪在水流中的运动特性和底摩阻引起的波能衰减 3）重点、难点：波浪在浅水中变化、波浪的破碎等；波浪在水流中的运动特性和底摩阻引起的波能衰减 4）其它教学环节（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：实验5学时，内容是波浪浅化效应试验 （4）第四章近岸水流运动特性 1）主要内容：潮波运动简介、速度垂向分布 2）教学要求：掌握潮汐原理、了解海流速度垂向分布 - 3 -
河流动力学复习
第一章绪论 考核内容为学科的发展概况、课程的内容及学习任务。 1、了解河流动力学发展的历史；认识水流～泥沙～水电工程可持续发展间的相互关系。 2、了解水流运动与泥沙运动的重要性； 3、理解课程的任务与特点； 4、了解课程的主要内容。 考核知识点： 1、河流动力学的任务 2、水流～泥沙～水电工程可持续发展间的相互关系 3、河流动力学的研究方法及特点 第二章河流动力学基本概念 考核内容为河流动力学基本概念 1. 河道水流的基本特性:二相性、非恒定性、三维性、非均匀性 2. 水沙运动的不平衡性 3. 河道水流的水流结构及阻力损失 考核知识点： 1、河道水流的基本特性 2、河道水流的水流结构及阻力损失 第三章泥沙特性 考核内容为泥沙的分类、泥沙的来源、泥沙的几何特性及泥沙的重力特性。 1. 泥沙的分类 2. 泥沙几何特性：粒径，级配曲线，特征值 3. 泥沙的重力特性：含沙量、浑水容重 考核知识点： 1、泥沙的分类 2、泥沙的几何特性及重力特性。 第四章泥沙的沉速 考核内容为泥沙沉速的定义、沉降过程中的三种状态、沉速公式、影响沉速的主要因素、泥沙沉速的测定。 考核知识点： 1、泥沙沉速的定义、沉速公式 2、影响沉速的主要因素、泥沙沉速的测定。 第五章泥沙的起动 考核内容为泥沙起动的物理机理，泥沙起动的物理现象及受力分析。 考核知识点： 1、均匀沙起动条件：力的表达式，散体及粘性泥沙的统一起动流速公式， 2、散体泥沙的起动拖曳力公式，止动与扬动流速。 第六章沙波运动与动床阻力 考核内容为沙波运动规律与动床阻力计算。 1. 沙波形态与运动状态，沙坡的发展过程及形成机理，床面形态判别标准，沙波尺度及其运行速度,推求推移质输沙率，沙波运动对河流的影响。 2. 动床阻力：河床与河岸阻力划分，沙粒与沙波阻力的划分，动床阻力的计算。 考核知识点： 1. 沙坡的发展过程及形成机理，床面形态判别标准，沙波运动对河流的影响。
M8空气动力学题库-392道资料
空气动力学习题集 1 空气的组成为: 答案：C A.78%氮,20%氢和2%其他气体 B.90%氧,6%氮和4%其他气体 C.78%氮,21%氧和1%其他气体 D.21%氮，78%氧和1%其他气体 2 在大气层内，大气密度：答案：C A在同温层内随高度增加保持不变。B随高度增加而增加。 C随高度增加而减小。D随高度增加可能增加，也可能减小。 3 对于空气密度如下说法正确的是：答案：B A空气密度正比于压力和绝对温度B“空气密度正比于压力，反比于绝对温度”C“空气密度反比于压力，正比于绝对温度”D空气密度反比于压力和绝对温度 4 绝对温度的零度是: 答案：C A-273F B-273K C-273C D32F 5 大气层内，大气压强：答案：B A随高度增加而增加。B随高度增加而减小。 C在同温层内随高度增加保持不变。D随高度增加也可能增加，也可能减小。 6 “一定体积的容器中，空气压力”答案：D A与空气密度和空气温度乘积成正比B与空气密度和空气温度乘积成反比
C与空气密度和空气绝对温度乘积成反比D与空气密度和空气绝对温度积成正比 7“一定体积的容器中，空气压力”答案：D A与空气密度和摄氏温度乘积成正比B与空气密度和华氏温度乘积成反比C与空气密度和空气摄氏温度乘积成反比D与空气密度和空气绝对温度乘积成正比 8流体的粘性系数与温度之间的关系是：答案：B A液体的粘性系数随温度的升高而增大。B气体的粘性系数随温度的升高而增大。 C液体的粘性系数与温度无关。D气体的粘性系数随温度的升高而降低。 9．对于具有静稳定性的飞机向左侧滑行时机头会（B） A不变B左转C右转B不定 10假设其他条件不变，空气湿度大：答案：B A空气密度大，起飞滑跑距离长B空气密度小，起飞滑跑距离长 C空气密度大，起飞滑跑距离短D空气密度小，起飞滑跑距离短 11增加垂直安定面的面积产生的影响：答案：B
海岸动力学
海岸动力学 第一章 1.海岸带宽度按从海岸线向内陆扩展10km，向外海延伸到-15~-20m水深计算。 2.海岸的类型：基岩海岸，砂质海岸，淤泥质海岸，生物海岸（包括红树林海岸和珊瑚礁海岸）。 3.海岸的组成部分：海滩，滩肩，后滩，前滩，外滩，离岸区，溅浪带，破波带，近岸区，海岸带（图见p5） 4.淤泥质海岸由陆到海：潮上带，潮间带，潮下带。 5.海岸地貌特征：海岸地貌是由波浪、潮汐、海流、风和生物等作用，在地壳运动，构造岩性等因素影响下的海岸水底地表形态。 6.海岸地貌的平面形态：沙嘴，连岛沙洲，泻湖，岬角，韵律海岸，沙脊，障壁岛，淤泥海岸地貌 7.淤泥海岸地貌：侵蚀地貌：潮水沟，潮汐通道 淤积地貌：潮汐三角洲，潮间浅滩，湿地（然后成为海积平原）8.海岸动力因素：波浪的作用，海岸波生流，潮流的作用，径流的作用，海流的作用，风暴潮和海啸，风的作用，海平面上升。 9.本节课的研究方法：1）理论分析方法2）实验室试验方法3）数学模型4）现场调查研究（P25优缺点要会编） 第二章 10.波浪的分类 按波浪形态分类：规则波（涌浪），不规则波（风浪和混合浪） 按波浪传播海域的水深分类：深水波，h/L=1/2，有限水深，h/L=1/20，浅水波 按波浪运动状态分类：振荡波（立波），推进波（推移波） 按波浪破碎与否分冷：破碎波，未破波，破后波 根据波浪运动的运动学和动力学处理方法：微幅波（线性波），有限振幅波（非线性波）
11.波浪运动的描述方法：微幅波理论，有限振幅波理论，椭圆余弦波理论，流函数波理论（p29） 12.波浪运动控制方程：拉普拉斯方程（实质不可压缩流体的连续性方程） 定解条件：1）海底表面设为固壁，因此水质点垂直速度应为零。 2）在波面z=-η处应满足动力学边界条件和运动学边界 条件 3）流场左、右两端的边界条件可根据简单波动在空间和 时间上呈周期性来判断 13.微幅波的质点运动轨迹：封闭椭圆（水面处b=A，即为波浪的振幅；水底处 b=0，说明水质点沿水底只作水平运动） 14.弥散方程——计算P34 15.波能：E K=1/4ρgA2 E P=1/4ρgA2 E= E K + E P =1/2ρgA2 波能传播速度：c g=cn 16.波群：不同周期不同波高的许多波叠加在一起，不规则波 波群速度同波能传播速度：c g=cn 17.驻波的特点：1）存在腹点和节点 2）势能及动能均为行进波的两倍，总能量不变 18.斯托克斯波（p45） 19.浅水非线性波理论：椭圆余弦波，孤立波 习题：2-9,2-10,2-11,2-12,2-14 第三章 20.波浪的浅水损失：1）摩阻损失2）渗透损失3）泥面波阻力损失 21.波浪浅水变形：底摩阻引起波高损失 22.波浪折射：1）引起波向线变化2）引起波高变化
空气动力学基础及飞行原理笔试题
空气动力学基础及飞行原理笔试题 1绝对温度的零度是： C A -273℉ B -273K C -273℃ D 32℉ 2 空气的组成为 C A 78％氮，20％氢和2％其他气体 B 90％氧，6％氮和4％其他气体 C78％氮，21％氧和1％其他气体 D 21％氮，78％氧和1％其他气体 3 流体的粘性系数与温度之间的关系是 B A液体的粘性系数随温度的升高而增大。 B气体的粘性系数随温度的升高而增大。 C液体的粘性系数与温度无关。 D气体的粘性系数随温度的升高而降低。 4 在大气层内，大气密度： C A在同温层内随高度增加保持不变。 B随高度增加而增加。 C随高度增加而减小。 D随高度增加可能增加，也可能减小。 5 在大气层内，大气压强： B
A随高度增加而增加。 B随高度增加而减小。 C在同温层内随高度增加保持不变。 C随高度增加可能增加，也可能减小。 6 增出影响空气粘性力的主要因素 B C A空气清洁度 B速度梯度 C空气温度 D相对湿度 7 对于空气密度如下说法正确的是 B A空气密度正比于压力和绝对温度 B空气密度正比于压力，反比于绝对温度C空气密度反比于压力，正比于绝对温度 D空气密度反比于压力和绝对温度 8 “对于音速．如下说法正确的是” C A只要空气密度大，音速就大” B“只要空气压力大，音速就大“ C”只要空气温度高．音速就大” D“只要空气密度小．音速就大” 9 假设其他条件不变，空气湿度大： B A空气密度大，起飞滑跑距离长B空气密度小，起飞滑跑距离长 C空气密度大，起飞滑跑距离短 D空气密度小，起飞滑跑距离短 10一定体积的容器中。空气压力 D A与空气密度和空气温度乘积成正比 B与空气密度和空气温度乘积成反比
《河流动力学》试卷(B)
２００６—２００７学年度第１学期 2004级水利水电工程专业 《河流动力学》课程试卷 注意事项：1. 考生务必将自己姓名、学号、专业名称写在指定位置； 2. 密封线和装订线内不准答题。 一、填空题：（每小空1分，共20分） １．河流动力学是研究冲积河流在以及所发生的变化和发展规律的一门科学。 ２．动床情况下，作用于河底的床面阻力一般包括和 两种。其中，只有一部分对沙波的形成（也即对推移质的运动）直接起作用，这就是所谓的。 ３．Froude数是明渠水流在某特定断面上的和 的对比，决定了水流的流态。 ４．推移质运动可以分为、 及三种。悬移质运动可以分为和 两种。
５．要研究泥沙运动规律，首先应了解泥沙的基本特性，它包括： 、 及 ，此外，还有对于细颗粒泥沙而言的 ，和对于粘性土壤而言的 。 ６．河流中运动着的泥沙，根据其运动状态的不同，可以分为 、 及 三种运动形式。 二、判断题：（每小题2分，共10分） １．河流的变化和发展是水流与河床相互作用的结果。 ( ) ２．利用筛析法所得的泥沙颗粒粒径接近于它的等容粒径。 ( ) ３．泥沙的水下摩擦系数对分散颗粒而言，一般随着粒径的减小而减小。( ) ４．泥沙颗粒在静水中下沉时，其周围水体的绕流状态与沙粒的雷诺数Re D 有关。 ( ) ５．所有的泥沙颗粒都以一定的转移概率分别经历推移质、悬移质和床沙这三种运 动形式。 ( ) 三、名词解释：（每小题5分，共25分） １．中值粒径D 50：
２．泥沙的孔隙率： ３．泥沙的沉速： ４．比表面积： ５．稳定渠道最优断面： 四、简答题：（每小题10分，共20分）１．试述在泥沙的沉降过程中，绕流的状态及其判别方式。 ２．试述推移质和悬移质之间在物理本质上的区别。