A、(A) 恒定流
B、(B) 非恒定流
C、(C) 均匀流
D、(D) 非均匀流
答案:B
解析:解析这道题目时,我们首先要明确题目中涉及的几个流体力学概念:紊流、恒定流、非恒定流、均匀流和非均匀流。
A. 恒定流:指流场中各水力要素(如流速、压强、密度等)不随时间变化的流动。紊流可以是恒定的,也可以是非恒定的,因此,仅用“恒定流”来描述紊流是不准确的。
B. 非恒定流:指流场中各水力要素随时间发生变化的流动。紊流,尤其是自然环境中的水流,如水渠、河流、湖泊等中的水流,通常都会受到多种外部因素(如风、降雨、潮汐等)的影响,从而导致其水力要素随时间发生变化。因此,紊流更常表现为非恒定流。
C. 均匀流:指在同一流线上不同点上的流速相等,且流速的大小和方向沿程不变的流动。紊流的特点是水流中各质点的速度大小和方向都在不断变化,与均匀流的定义相悖。
D. 非均匀流:指在同一流线上不同点上的流速不相等,或流速的大小和方向沿程发生变化的流动。虽然紊流确实是非均匀的,但题目询问的是紊流的本质属性,而“非均匀流”是一个相对宽泛的描述,不如“非恒定流”直接指出紊流随时间变化的特点。
综上所述,紊流最本质的特点是其水力要素随时间发生变化,即它属于非恒定流。因此,正确答案是B选项。
A、(A) 恒定流
B、(B) 非恒定流
C、(C) 均匀流
D、(D) 非均匀流
答案:B
解析:解析这道题目时,我们首先要明确题目中涉及的几个流体力学概念:紊流、恒定流、非恒定流、均匀流和非均匀流。
A. 恒定流:指流场中各水力要素(如流速、压强、密度等)不随时间变化的流动。紊流可以是恒定的,也可以是非恒定的,因此,仅用“恒定流”来描述紊流是不准确的。
B. 非恒定流:指流场中各水力要素随时间发生变化的流动。紊流,尤其是自然环境中的水流,如水渠、河流、湖泊等中的水流,通常都会受到多种外部因素(如风、降雨、潮汐等)的影响,从而导致其水力要素随时间发生变化。因此,紊流更常表现为非恒定流。
C. 均匀流:指在同一流线上不同点上的流速相等,且流速的大小和方向沿程不变的流动。紊流的特点是水流中各质点的速度大小和方向都在不断变化,与均匀流的定义相悖。
D. 非均匀流:指在同一流线上不同点上的流速不相等,或流速的大小和方向沿程发生变化的流动。虽然紊流确实是非均匀的,但题目询问的是紊流的本质属性,而“非均匀流”是一个相对宽泛的描述,不如“非恒定流”直接指出紊流随时间变化的特点。
综上所述,紊流最本质的特点是其水力要素随时间发生变化,即它属于非恒定流。因此,正确答案是B选项。
A. (A) 直线
B. (B) 抛物线
C. (C) 指数曲线
D. (D) 对数曲线
解析:在水利学中,圆管内的流体流动状态分为层流和湍流。对于圆管均匀层流,其流速分布可以根据尼古拉斯定理(Hagen-Poiseuille Law)得出。
选项解析如下:
A. 直线:如果流速分布是直线,那么这意味着在圆管横截面上各点的流速是相同的,这不符合层流流速分布的特点。
B. 抛物线:根据尼古拉斯定理,在均匀层流条件下,圆管横截面上的流速分布呈抛物线形状,中心流速最大,向管壁方向流速逐渐减小,直至在管壁处流速为零。
C. 指数曲线:指数曲线通常用来描述湍流流速分布,其中流速会随着距离管壁的距离减小而迅速增加,并不适用于描述均匀层流的流速分布。
D. 对数曲线:对数流速分布适用于描述充分发展的湍流,而不是层流。在湍流情况下,靠近管壁的区域流速增加,并最终趋于平稳,这种分布用对数曲线来描述。
因此,正确答案是B(抛物线),因为在均匀层流条件下,圆管内的流速分布符合尼古拉斯定理,呈现出抛物线形状。
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A. (A) 直线
B. (B) 抛物线
C. (C) 指数曲线
D. (D) 对数曲线
解析:在讨论圆管均匀流过水断面上的切应力分布时,我们需要回顾流体力学中的基本概念。切应力是指流体层间由于速度梯度而产生的内摩擦力,其大小与流体的粘性和速度梯度有关。
对于圆管内的层流情况,根据泊肃叶定律(Poiseuille's Law),以及结合牛顿内摩擦定律,可以得出切应力 τ 在管壁附近最大,并随着距离 r(从管壁到管中心的距离)的增加而线性减小,直到管道中心位置切应力为零。因此,切应力 τ 与 r 的关系为直线关系,即切应力沿半径方向呈线性分布。
解析各个选项:
A. 直线:正确描述了圆管均匀流中切应力沿径向的变化规律。
B. 抛物线:这通常用于描述速度分布而不是切应力分布。
C. 指数曲线:这不符合圆管均匀流的切应力分布规律。
D. 对数曲线:对数曲线也不符合本题所述条件下的切应力分布规律。
因此,正确答案为 A,即切应力是按照直线分布的。
A. (A) 断面变化前流速
B. (B) 断面变化后流速
C. (C) 断面变化前后流速差
D. (D) 断面变化前后流速和
解析:本题主要考察圆管突然扩大时局部水头损失的计算原理。
在流体力学中,当流体通过管道中的突然扩大段时,由于流速的急剧变化,会产生额外的能量损失,这种损失称为局部水头损失。对于圆管突然扩大的情况,局部水头损失与流速的变化密切相关。
现在我们来逐一分析选项:
A. 断面变化前流速:这个选项只考虑了变化前的流速,没有考虑到流速变化对局部水头损失的影响,因此不正确。
B. 断面变化后流速:同样,这个选项只关注了变化后的流速,而忽略了流速变化本身的重要性,因此也不正确。
C. 断面变化前后流速差:这个选项直接关联了流速的变化,即流速差。在圆管突然扩大的情况下,流速的急剧减小是导致局部水头损失的主要原因。因此,局部水头损失与流速差的速度水头成正比,这个选项是正确的。
D. 断面变化前后流速和:流速和并不能直接反映流速变化对局部水头损失的影响,因此这个选项不正确。
综上所述,圆管突然扩大的局部水头损失等于断面变化前后流速差的速度水头,因此正确答案是C。
A. (A) 二分之一次方关系
B. (B) 二次方关系
C. (C) 反比
D. (D) 正比
解析:这道题考察的是流体力学中的层流特性以及牛顿内摩擦定律。
选项解析如下:
A. 二分之一次方关系:这种关系并不适用于描述层流运动中流体层间的内摩擦力与流速梯度的关系。
B. 二次方关系:虽然层流中的流速分布呈抛物线状,但是内摩擦力与流速梯度之间的关系并不是二次方关系。
C. 反比:内摩擦力与流速梯度不是反比关系,如果流速梯度增大,内摩擦力也会增大。
D. 正比:根据牛顿内摩擦定律,作层流运动的液体,相邻两液层间单位面积上所作用的内摩擦力(剪切力)与流速梯度(du/dy)成正比。数学表达式通常写作 τ = μ(dv/dy),其中τ是剪切力,μ是动力粘度,(dv/dy)是流速梯度。这个定律说明,在层流条件下,流速变化越快(即流速梯度越大),液层间的内摩擦力也越大。
因此,正确答案是D(正比),因为牛顿内摩擦定律明确指出,层流运动中流体层间的内摩擦力与流速梯度成正比,并且这个比例常数(动力粘度μ)与液体的性质有关。
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A. (A) 串联管道
B. (B) 并联管道
C. (C) 分叉管道
D. (D) 管网
解析:题目描述的是“从一点分开而不在另一点汇合的管道”的定义,这种管道结构在水利工程中被称为“分叉管道”。
解析各个选项:
A. 串联管道:指多个管道依次连接,水流经过前一根管道后进入下一根管道,形成连续的水流路径。
B. 并联管道:指多条管道并行,两端连接在同一节点上,水流可以同时通过多条路径。
C. 分叉管道:指从一个主干管道分出多个方向的支路,这些支路不会再次合并到一起。符合题目所描述的情况。
D. 管网:通常指的是一个复杂的网络系统,包含多个串联和并联管道的组合,形成了一个较大的输水系统。
正确答案是 C,即“分叉管道”,因为题目描述的情形是从一个点开始分出不同方向的管道,并且这些管道不会在另一个点重新汇合,这是分叉管道的特点。
A. (A) 串联管道
B. (B) 并联管道
C. (C) 分叉管道
D. (D) 管网
解析:这是一道关于水利工程中管道系统水头损失理解的问题。我们需要分析各个选项,并理解总水头与沿程水头损失之间的关系,以确定哪个选项的总水头应等于各管段沿程水头损失之和。
首先,我们来理解题目中的关键概念:
总水头:在流体力学中,总水头是指单位重量流体所具有的机械能,包括位置水头(由高度决定)、压力水头和速度水头。
沿程水头损失:流体在管道中流动时,由于摩擦阻力等原因造成的能量损失,这种损失是沿着流动方向逐渐积累的。
接下来,我们分析各个选项:
A. 串联管道:在串联管道中,流体依次通过各个管段,每个管段都会产生沿程水头损失。由于流体是连续流动的,因此整个串联管道系统的总水头损失就是各个管段沿程水头损失之和。这个选项符合题目要求。
B. 并联管道:在并联管道中,流体可以分流进入不同的管道,然后再汇合。虽然每条管道都会有沿程水头损失,但并联管道系统的总水头并不简单地等于各条管道沿程水头损失之和,因为还需要考虑分流和汇流过程中的局部水头损失。因此,这个选项不符合题目要求。
C. 分叉管道:分叉管道类似于并联管道的一部分,即流体在某一点分流进入不同的管道。同样地,分叉管道的总水头也不简单地等于各分支管道沿程水头损失之和,还需要考虑分叉点处的局部水头损失。因此,这个选项也不符合题目要求。
D. 管网:管网是一个复杂的管道系统,包含多个串联、并联和分叉的管道。在管网中,流体的流动路径和能量损失都非常复杂,总水头不仅与沿程水头损失有关,还与局部水头损失、管道布置、流体分配等多种因素有关。因此,管网的总水头并不简单地等于各管段沿程水头损失之和。这个选项同样不符合题目要求。
综上所述,只有串联管道的总水头应等于各管段沿程水头损失之和。因此,正确答案是A。
A. (A) 流量
B. (B) 流速
C. (C) 压强
D. (D) 沿程水头损失
解析:选项解析:
A. 流量:流量是指单位时间内流过管道某横截面的液体体积,与比阻无关。
B. 流速:流速是单位时间内液体流动的距离,它是流量和管道截面积的关系,但不是比阻的定义。
C. 压强:压强是单位面积上受到的力,与比阻没有直接关系。
D. 沿程水头损失:比阻是指单位管长在单位流量时的沿程水头损失,这是流体力学中的一个概念,用于表示流体在管道中流动时由于摩擦等因素造成能量损失的大小。
为什么选择这个答案:
比阻的定义是单位管长在单位流量时的沿程水头损失,因此正确答案是D。这个参数是衡量流体在管道中流动阻力大小的一个重要指标,它直接关联到流体流动过程中的能量损失,是水利工程设计中的一个重要参数。其他选项虽然与流体力学相关,但并不符合比阻的定义。
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A. (A) 大于
B. (B) 小于
C. (C) 等于
D. (D) 不等于
解析:这个问题涉及到流体力学中的自由出流和淹没出流的概念。自由出流是指液体从管道出口自由地流入大气中,而淹没出流则是指液体从管道出口流出后立即进入另一个液体介质中。
解析:
自由出流情况下,管道出口处的压力为大气压,即为零(相对压力)。液体在管道内的流动主要受到重力的影响,因此流速较高。
淹没出流情况下,如果接收液体的容器与管道出口在同一水平面上,则管道出口处的静水压力会增加,这会阻碍液体流出的速度,导致实际流出速度低于自由出流的情况。
因此,在其他条件(如管道布置形式、管径、管长、管材等)相同的情况下,由于自由出流没有额外的压力阻力,其过流量会大于有额外静水压力阻力的淹没出流情况。
答案:A. 大于。这是因为自由出流在出口处不受附加的静水压力影响,液体可以以更高的速度流出,从而导致更大的过流量。
A. (A) 大于
B. (B) 小于
C. (C) 等于
D. (D) 不等于
解析:这是一道关于水力学中流量系数比较的问题。首先,我们需要理解题目中的关键概念:自由出流和淹没出流,以及流量系数的定义。
自由出流:指的是水流从管道或渠道流出时,其下游水位(或尾水位)低于流出断面的情况。此时,水流能够自由地向下游扩散,不受下游水位的显著影响。
淹没出流:与自由出流相反,淹没出流指的是水流从管道或渠道流出时,其下游水位(或尾水位)高于或等于流出断面的情况。此时,水流流出后会迅速与下游水体混合,其流动特性受到下游水位的显著影响。
流量系数:是一个无量纲的数值,用于描述水流通过管道、孔口等时的流量特性。它受管道布置形式、管径、管长、管材以及上下游水位差等多种因素影响。
接下来,我们分析题目中的选项:
A. 大于:这个选项假设自由出流的流量系数大于淹没出流。但实际上,在管道布置形式、管径、管长、管材都相同的情况下,上下游水位差是决定流量系数的关键因素之一。由于题目并未给出上下游水位差的具体信息,且仅从出流形式(自由或淹没)来看,无法直接推断出哪一种出流的流量系数更大。但在此特定情境下(所有其他条件相同),流量系数应相等。
B. 小于:与A选项相反,这个选项同样基于不完整的假设。
C. 等于:这是正确答案。在管道布置形式、管径、管长、管材都相同的条件下,且没有提及上下游水位差的不同,我们可以合理推断两种出流形式的流量系数是相等的。因为流量系数主要受到这些物理条件的影响,而这些条件在题目中已被设定为相同。
D. 不等于:这个选项虽然表述了一个可能性,但在本题的具体情境下,由于所有关键条件都相同,所以流量系数应相等。
综上所述,正确答案是C,即自由出流的流量系数等于淹没出流的流量系数。
A. (A) 正水击
B. (B) 负水击
C. (C) 正反射
D. (D) 负反射
解析:水击现象是指在管道中流体运动状态发生急剧变化时,由于流体动能和压力能的迅速转换,造成管道内压力的瞬时升高或降低的现象。
选项解析如下:
A. 正水击:当阀门突然关闭,管中流速减小,压力波以波速向阀门方向传播,管内压力瞬时升高,这种现象称为正水击。正水击的特点是压力升高,与阀门关闭后流速减小、压强增大的描述相符。
B. 负水击:与正水击相反,负水击是指管内压力瞬时降低的现象。这种情况一般发生在阀门突然打开,流体迅速流向阀门,造成局部低压。
C. 正反射:这是波动在传播过程中遇到障碍物反射回去的现象,不特指水击现象。
D. 负反射:同正反射一样,这也是波动的一种反射现象,同样不特指水击。
为什么选A:根据题干描述,“阀门关闭,管中流速减小,压强增大”,这是典型的正水击现象。阀门关闭导致流体动能无法继续传递,动能转化为压力能,造成压力瞬时升高,因此正确答案是A.正水击。
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