水力学实验5.水工模型试验基础
注册土木工程师(水利水电工程)基础资格考试考试大纲
附件1勘察设计注册土木工程师（水利水电工程）资格考试基础考试大纲一、高等数学1.1 空间解析几何向量代数直线平面柱面旋转曲面二次曲面空间曲线1.2 微分学极限连续导数微分偏导数全微分导数与微分的应用1.3 积分学不定积分定积分广义积分二重积分三重积分平面曲线积分积分应用1.4 无穷级数数项级数幂级数泰勒级数傅里叶级数1.5 常微分方程可分离变量方程一阶线性方程可降阶方程常系数线性方程1.6 概率与数理统计随机事件与概率古典概型一维随机变量的分布和数字特征数理统计参数估计假设检验方差分析一元回归分析1.7 向量分析1.8 线性代数行列式矩阵 n维向量线性方程组矩阵的特征值与特征向量二次型二、普通物理2.1 热学气体状态参量平衡态理想气体状态方程理想气体的压力和温度的统计解释能量按自由度均分原理理想气体内能平均碰撞次数和平均自由程麦克斯韦速率分布律功热量内能热力学第一定律及其对理想气体等值过程和绝热过程的应用气体的摩尔热容循环过程热机效率热力学第二定律及其统计意义可逆过程和不可逆过程熵2.2 波动学机械波的产生和传播简谐波表达式波的能量驻波声速超声波次声波多普勒效应2.3 光学相干光的获得杨氏双缝干涉光程薄膜干涉迈克尔干涉仪惠更斯一菲涅耳原理单缝衍射光学仪器分辨本领 x射线衍射自然光和偏振光布儒斯特定律马吕斯定律双折射现象偏振光的干涉人工双折射及应用三、普通化学3.1 物质结构与物质状态原子核外电子分布原子、离子的电子结构式原子轨道和电子云离子键特征共价键特征及类型分子结构式杂化轨道及分子空间构型极性分子与非极性分子分子间力与氢键分压定律及计算液体蒸气压沸点汽化热晶体类型与物质性质的关系3.2 溶液溶液的浓度及计算非电解质稀溶液通性及计算渗透压电解质溶液的电离平衡电离常数及计算同离子效应和缓冲溶液水的离子积及pH值盐类水解平衡及溶液的酸碱性多相离子平衡溶度积常数溶解度计算3.3 周期表周期表结构周期族原子结构与周期表关系元素性质氧化物及其水化物的酸碱性递变规律3.4 化学反应方程式化学反应速率与化学平衡化学反应方程式写法及计算反应热热化学反应方程式写法化学反应速率表示方法浓度、温度对反应速率的影响速率常数与反应级数活化能及催化剂化学平衡特征及平衡常数表达式化学平衡移动原理及计算压力熵与化学反应方向判断3.5 氧化还原与电化学氧化剂与还原剂氧化还原反应方程式写法及配平原电池组成及符号电极反应与电池反应标准电极电势能斯特方程及电极电势的应用电解与金属腐蚀3.6 有机化学有机物特点、分类及命名官能团及分子结构式有机物的重要化学反应：加成取代消去氧化加聚与缩聚典型有机物的分子式、性质及用途：甲烷乙炔苯甲苯乙醇酚乙醛乙酸乙酯乙胺苯胺聚氯乙烯聚乙烯聚丙烯酸酯类工程塑料(ABS) 橡胶尼龙66四、理论力学4.1 静力学平衡刚体力约束静力学公理受力分析力对点之矩力对轴之矩力偶理论力系的简化主矢主矩力系的平衡物体系统(含平面静定桁架)的平衡滑动摩擦摩擦角自锁考虑滑动摩擦时物体系统的平衡重心4.2 运动学点的运动方程轨迹速度和加速度刚体的平动刚体的定轴转动转动方程角速度和角加速度刚体内任一点的速度和加速度4.3 动力学动力学基本定律质点运动微分方程动量冲量动量定理动量守恒的条件质心质心运动定理质心运动守恒的条件动量矩动量矩定理动量矩守恒的条件刚体的定轴转动微分方程转动惯量回转半径转动惯量的平行轴定理功动能势能动能定理机械能守恒惯性力刚体惯性力系的简化达朗伯原理单自由度系统线性振动的微分方程振动周期频率和振幅约束自由度广义坐标虚位移理想约束虚位移原理五、材料力学5.1 轴力和轴力图拉、压杆横截面和斜截面上的应力强度条件虎克定律和位移计算应变能计算5.2 剪切和挤压的实用计算剪切虎克定律切(剪)应力互等定理5.3 外力偶矩的计算扭矩和扭矩图圆轴扭转切(剪)应力及强度条件扭转角计算及刚度条件扭转应变能计算5.4 静矩和形心惯性矩和惯性积平行移轴公式形心主惯性矩5.5 梁的内力方程切(剪)力图和弯矩图分布载荷、剪力、弯矩之间的微分关系正应力强度条件切(剪)应力强度条件梁的合理截面弯曲中心概念求梁变形的积分法叠加法和卡氏第二定理5.6 平面应力状态分析的数值解法和图解法一点应力状态的主应力和最大切(剪)应力广义虎克定律四个常用的强度理论5.7 斜弯曲偏心压缩(或拉伸) 拉—弯或压—弯组合扭—弯组合5.8 细长压杆的临界力公式欧拉公式的适用范围临界应力总图和经验公式压杆的稳定校核六、流体力学6.1 流体的主要物理性质6.2 流体静力学流体静压强重力作用下静水压强的分布规律总压力的计算6.3 流体动力学基础以流场为对象描述流动流体运动的总流分析恒定总流连续性方程、能量方程和动量方程6.4 流动阻力和水头损失实际流体的两种流态—层流和紊流圆管中层流运动、紊流运动的特征沿程水头损失和局部水头损失边界层附面层基本概念和绕流阻力6.5 孔口、管嘴出流有压管道恒定流6.6 明渠恒定均匀流6.7 渗流定律井和集水廊道6.8 相似原理和量纲分析6.9 流体运动参数(流速、流量、压强)的测量七、计算机应用技术7.1 计算机应用技术硬件的组成及功能软件的组成及功能数制转换7.2 Windows操作系统基本知识、系统启动有关目录、文件、磁盘及其它操作网络功能注：以Windows 98为基础7.3 计算机程序设计语言程序结构与基本规定数据变量数组指针赋值语句输入输出的语句转移语句条件语句选择语句循环语句函数子程序(或称过程) 顺序文件随机文件注：鉴于目前情况，暂采用FORTRAN语言八、电工电子技术8.1 电场与磁场库仑定律高斯定理环路定律电磁感应定律8.2 直流电路电路基本元件欧姆定律基尔霍夫定律叠加原理戴维南定理8.3 正弦交流电路正弦量三要素有效值复阻抗单相和三相电路计算功率及功率因数串联与并联谐振安全用电常识8.4 RC和RL电路暂态过程三要素分析法8.5 变压器与电动机变压器的电压、电流和阻抗变换三相异步电动机的使用常用继电—接触器控制电路8.6 二极管及整流、滤波、稳压电路8.7 三极管及单管放大电路8.8 运算放大器理想运放组成的比例加、减和积分运算电路8.9 门电路和触发器基本门电路 RS、D、JK触发器九、工程经济9.1 现金流量构成与资金等值计算现金流量投资资产固定资产折旧成本经营成本销售收入利润工程项目投资涉及的主要税种资金等值计算的常用公式及应用复利系数表的用法9.2 投资经济效果评价方法和参数净现值内部收益率净年值费用现值费用年值差额内部收益率投资回收期基准折现率备选方案的类型寿命相等方案与寿命不等方案的比选9.3 不确定性分析盈亏平衡分析盈亏平衡点固定成本变动成本单因素敏感性分析敏感因素9.4 投资项目的财务评价工业投资项目可行性研究的基本内容投资项目财务评价的目标与工作内容赢利能力分析资金筹措的主要方式资金成本债务偿还的主要方式基础财务报表全投资经济效果与自有资金经济效果全投资现金流量表与自有资金现金流量表财务效果计算偿债能力分析改扩建和技术改造投资项目财务评价的特点(相对新建项目)9.5 价值工程价值工程的内容与实施步骤功能分析十、水力学10.1 水静力学静水压强绝对压强相对压强真空及真空度作用于物体上的静水总压力10.2 液体运动的一元流分析法恒定流与非恒定流迹线与流线流管过水断面流量断面平均流速恒定一元流连续性方程能量方程式渐变流急变流10.3 层流、紊流及其水头损失湿周水力半径均匀流非均匀流沿程水头损失达西公式层流紊流雷诺数谢才公式局部水头损失10.4 有压管中恒定均匀流计算基本公式串联管道并联管道分叉管道沿程均匀泄流管道10.5 明渠恒定均匀流计算基本公式明渠均匀流粗糙度不同的明渠复式断面明渠10.6 明渠恒定非均匀流缓流临界流急流弗汝德数临界水深临界底坡棱柱体明渠渐变流水面曲线分析及计算水跃水跃方程共轭水深及水跃长度计算10.7 堰流及闸孔出流的水力计算计算公式薄壁堰实用堰宽顶堰闸孔出流10.8 泄水建筑物下游的水力衔接与消能底流式消能挑流式消能面流式消能消力戽式消能10.9 隧洞的水力计算水流状态及判断有压隧洞无压隧洞10.10 渗流达西定律渗透系数恒定均匀渗流与非均匀渗流恒定渐变渗流的浸润曲线形式及计算10.11 高速水流脉动压力气蚀掺气冲击波10.12 水工模型试验基础力学相似：几何相似运动相似动力相似相似准则：重力相似准则阻力相似准则动水压力相似准则十一、岩土力学11.1 土的组成和物理性质三项指标土的三项组成和三项指标土的矿物组成和颗粒级配土的结构黏性土的界限含水量塑性指数液性指数砂土的相对密实度土的最佳含水量和最大干密度土的工程分类11.2 土中应力分布及计算土的自重应力基础地面压力基底附加压力土中附加应力11.3 土的压缩性与地基沉降压缩试验压缩曲线压缩系数压缩指数回弹指数压缩模量载荷试验变形模量高压固结试验土的应力历史先期固结压力超固结比正常固结土超固结土欠固结土沉降计算的弹性理论法分层总合法有效应力原理一维固结理论固结系数固结度11.4 土的抗剪强度土中一点的应力状态库仑定律土的极限平衡条件内摩擦角黏聚力直剪试验及其适用条件三轴试验总应力法有效应力法11.5 特殊性土软土黄土膨胀土红粘土盐渍土冻土填土可液化土11.6 土压力静止土压力主动土压力被动土压力朗肯土压力理论库仑土压力理论11.7 边坡稳定分析土坡滑动失稳的机理均质土坡的稳定分析土坡稳定分析的条分法11.8 地基承载力地基破坏的过程地基破坏型式临塑荷载和临界荷载地基极限承载力斯肯普敦公式太沙基公式汉森公式11.9 岩石的物理性质岩石的破坏机理与强度岩石的变形岩体的工程分类围岩稳定性岩坡稳定性分析十二、结构力学12.1 平面体系的几何组成几何不变体系的组成规律及其应用12.2 静定结构受力分析与特性静定结构受力分析方法反力内力的计算与内力图的绘制静定结构特性及其应用12.3 静定结构位移广义力与广义位移虚功原理单位荷载法荷载下静定结构的位移计算图乘法支座位移和温度变化引起的位移互等定理及其应用12.4 超静定结构受力分析及特征超静定次数力法基本体系力法方程及其意义等截面直杆刚度方程位移法基本未知量、基本体系、基本方程及其意义等截面直杆的转动刚度力矩分配系数与传递系数单结点的力矩分配对称性利用超静定结构位移超静定结构特性12.5 影响线极其应用静力法做影响线机动法做影响线连续梁的影响线影响线的应用12.6 结构动力特性与动力反应单自由度体系自振周期频率振幅与最大动内力阻尼对振动的影响十三、钢筋混凝土结构13.1 材料性能钢筋混凝土13.2 设计原则结构功能极限状态及其设计表达式可靠度13.3 承载能力极限状态计算受弯构件受扭构件受压构件受拉构件冲切局压疲劳13.4 正常使用极限状态验算抗裂裂缝挠度13.5 预应力混凝土轴拉构件受弯构件13.6 肋形结构及刚架结构整体式单向板肋形结构双向板肋形结构刚架结构牛腿柱下基础13.7 抗震设计一般规定构造要求十四、工程测量14.1 测量工作特点形状和大小地面点位的确定测量工作基本概念14.2 水准测量水准测量原理水准仪的构造使用和检验校正水准测量方法及成果整理14.3 角度测量经纬仪的构造使用和检验校正水平角观测垂直角观测14.4 距离测量卷尺量距视距测量光电测距14.5 测量误差测量误差分类与特性评定精度的标准观测值的精度评定误差传播定律14.6 控制测量平面控制网的定位与定向导线测量交会定点高程控制测量14.7 地形图测绘地形图基本知识地物平面图测绘等高线地形图测绘14.8 地形图应用地形图应用的基本技术工程设计中的地形图应用规划设计中的地形图应用14.9 工程测量工程控制测量施工放样测量安装测量建筑物变形观测14.10 3S技术RS的基本技术及数字图象GIS 的基本要求GPS的基本要求及定位技术3S技术在水利工程中的应用十五、建筑材料15.1 材料科学与物质结构材料的组成：化学组成矿物组成及其对材料性质的影响材料的微观机构及其对材料性质的影响：原子结构离子键金属键共价键晶体与无定型体（玻璃体）材料的宏观机构及其对材料性质的影响15.2 建筑材料的性质密度表观密度与堆积密度孔隙与孔隙率15.3 建筑材料的工程特征材料的力学性能亲水性与憎水性吸水性与吸湿性耐水性抗水性抗冻性导热性与变形性脆性与韧性15.4 无机胶凝材料气硬性胶凝材料石膏和石灰技术性质与应用15.5 水硬性胶凝材料水泥的组成水化与凝结硬化机理性能与应用15.6 混凝土原材料技术要求拌合物的和易性及影响因素强度性能与变形性能耐久性抗渗性抗冻性碱－骨料反应混凝土外加计与配合比设计15.7 建筑钢材组成、组织与性能的关系加工处理及其对钢材性能的影响建筑钢材和种类与选用15.8 土工合成材料常见土工合成材料的特性及工程应用十六、工程水文学基础16.1 水文循环与径流形成水文循环与水量平衡河流与流域降水土壤水、下渗与地下水径流16.2 水文测验水位观测流量测验泥沙测验与计算水文调查水文数据处理16.3 流域产、汇流降雨径流要素产流计算汇流计算16.4 设计洪水水文频率分析样本分析相关分析设计洪水计算16.5 设计年径流频率分析时程分配勘察设计注册土木工程师（水利水电工程）资格考试基础考试分科题量、时间、分数分配说明上午段：高等数学24题流体力学12题普通物理12题计算机应用技术10题普通化学12题电工电子技术12题理论力学13题工程经济10题材料力学15题合计120题，每题1分。
水力学实验报告
水力学实验报告序言水力学是一门研究液体静力学和动力学的学科。
水力学实验是水利工程领域中不可缺少的一环，通过实验可以验证理论，提高实践能力和解决工程实际问题。
本文主要是笔者在进行水力学实验并出具实验报告的实践过程，与读者分享一下实验过程的心路历程。
实验介绍此次实验是“小型水力模型试验台”的试验。
实验装置主要包括进水系统、调节系统、出水系统和测量系统。
整个实验过程需要作出流量测试、阻力特性测试和水力特性测试。
流量测试在进行流量测试之前，首先要开启离心泵。
如此才能将实验用的水泵到台面上。
如果水量不足，则需要向离心泵中注入水。
待水力模型试验台接通电源过后，调整水流流量、流速和水压。
这是一个重要的环节，需要耐心调节，保证测试过程中数据的准确性和可靠性。
阻力特性测试阻力特性测试是需要用到静水压力计的。
在测试中，静水压力计一定要正确地安装在不同位置，以保证数据的准确性。
实验开始的时候需要观察静水位的实际高度和基准面的高度是否相同，如果不同则需要调整。
测试时需要设置不同的流量，通过观察静水位的高度变化，即可得出对应的阻力特性特性数据。
水力特性测试在进行水力特性测试之前，需要准备好测量水压、温度和电流的相关设备。
为了保证测试数据可靠性，需要在控制器上对流量进行调节和控制，确定流量大小。
实验的水压力计需要被安装在水力模型试验台的上游和下游位置，以便对流动情况进行观察和分析。
同时，为了保证水的稳定流动，设备需要进行调节处理。
实验开始后，可以通过直接读取或者计算等方法得到水的流速、流量和阻力数据信息。
根据得到的数据，可以分析出不同条件下的水力特性特征值。
实验结论从实验结果来看，不同位置的水压和流量是有不同的变化规律的。
在流量相同情况下，水压值随着离水的位置递减。
而水的流速和流量则与其位置是正比例关系，具有很大的相关性。
因此我们可以得出，水的流动状态是很复杂的，是由多个因素综合作用而形成的。
在实际工程中，我们需要仔细考虑这些因素，制定合理的方案。
注册土木工程师执业资格考试《专业基础考试》历年考点一览表考点详解及强化训练(水工模型试验基础)
第十二节水工模型试验基础12.1 历年考点一览表12.2 考点详解考点一：液流相似原理（理解记忆）★两液流力学相似必须满足几何相似、运动相似、动力相似和边界条件相似，对于非恒定流还需满足初始条件相似。
1．几何相似如果原型与模型上的任意相应线段成某一固定比例，则称为几何相似。
设p代表原型，m代表模型，λ代表原模型上的同量之比或比例尺，λ的脚标代表某一物理量。
例如λl就代表长度比例尺，则两相似液流的长度、面积和体积比例尺分别为：λl＝l p/l m，λA＝A p/A m＝λl2，λV＝V p/V m＝λl32．运动相似如果原型与模型上相应点的速度和加速度方向相同，大小成某一固定比例，则称为运动相似。
如果取时间比例尺λt ＝t p /t m ，则速度和加速度的比例尺分别为：λV ＝v p /v m ＝λl /λt ，λa ＝a p /a m ＝λl /λt 23．动力相似如果原型与模型上相应点作用的同名力方向相同，大小成某一固定比例，则称为动力相似。
这时力的比例尺为λF ＝F p /F m ，F 可为合力、重力、阻力、弹性力和惯性力等。
4．边界条件相似如果原型与模型上约束液流运动的边界形状几何相似和边界性质相同，则称为边界条件相似。
几何相似是运动相似和动力相似的前提，动力相似是决定两个水流运动相似的主导，运动相似是几何相似和动力相似的表现。
考点二：液流相似准则 ★★★1．重力相似准则作用力只有重力时或起主导作用的力是重力时（如流经闸、坝的水流），两个相似系统的弗劳德数相等，即满足22pm p p m mv v g l g l则称为重力相似准则。
现将几种常用物理量的比尺和模型比尺推导如下：（1）流速比尺0.5p V Lmv v λλ=== （2）流量比尺2.5p Q A V LmQ Q λλλλ=== （3）时间比尺0.5V t L Qλλλλ==【典型例题】对某弧形闸门的闸下出流进行试验研究。
原型、模型采用同样的介质，原型与模型几何相似比为10，在模型上测得水流对闸门的作用力是400N ，水跃损失的功率是0.2kW ，则原型上水流对闸门的作用力、水跃损失的功率分别是（ ）。
水工模型试验测量技术综述
水工模型试验测量技术综述摘要:水工模型试验是解决工程实际问题，为理论研究和工程设计提供依据的重要手段。
基础数据的准确度与精确度直接关系到试验成果的质量，因此试验中的测量技术非常关键。
流速、流量、水位、压力、地形、泥沙含量等是模型试验中测量的主要数据，本文主要介绍了模型试验中这些数据的测量技术及存在的问题。
关键字:水工模型试验测量方法发展现状问题分析引言水工模型试验是根据相似原理，按照一定的相似比将需要研究的对象，如河流、水工建筑物等按一定比例缩小后，在缩小的模型中复演与原型相似的水流，进行水工建筑物各种水力学问题研究的实验技术，旨在定性或定量的揭示其运动规律或水力学特性，为理论研究和工程设计等提供依据。
自1870年弗劳德(Froude)首先按水流相似准则进行了船舶模型试验以来，随着水利事业的发展，水工模型试验水平在很大程度上有了提高，在理论设计、模型制作、试验测量、数据处理等方面都有了创新突破和发展。
模型试验中的数据测量对试验结果的质量起着至关重要的作用，数据的精确度和准确度直接关系到科研成果的质量。
在水工模型试验中主要需要控制和测量的参数有流速、流量、水位、压力、地形、泥沙等，测量仪器的精度、范围、性能等决定着测量结果的准确性，因而优良的测量技术是模型试验的前提和保障。
近年来随着激光技术、超声波技术、计算机技术及数字图像处理技术等先进技术的发展，模型试验测量技术有了较快的发展，但尚存在一些问题有待进一步研究，本文主要论述模型试验测量技术的发展及现在存在的一些问题。
1.发展现状1.1流速测量技术流体的流速是流场最基本的物理量之一，对流体流动特性的认识很大程度上取决于流场的获得，而大多数描述流场的物理量都直接或间接与流速有关，如环量、涡量、流函数、流速势函数等等。
在模型试验中流速的测量非常重要，随着技术的创新突破，流速的测量技术取得了较快的发展，从单点流速测量发展到多点测量，从单向到多向、从稳态向瞬态发展，从毕托管、旋浆流速仪、热线/热膜流速仪、电磁流速仪、超声波多普勒流速仪（ADV）、激光多普勒流速仪（LDV）、粒子图像测速仪（PIV）发展到VDMS法[1-3]。
水力学课件 第13章 水力模型试验基本原理w
第 几何尺寸要求不同。
十 二
若要速度比尺相等，则
章
1
L2
L
3
L2
水 力 模
如取： L
Lp Lm
10,
p m
31.6
型
试
验 基
则
本
m
p
31.6
实验用流体很难得到
原
理 即使配方得到，实验成本很高。因此，要分析什么
力起主导作用，保证其相似准则相等，其次略去。
水力学
第 怎样判别哪些是决定性准则呢？可用定理来确定。 十 或由经验决定。
第 十
满足，只可能让起主导作用的相似准则数满足。
二 章
例如：在几何相似前提下，既要满足 Fr数又要满 足 Re数，就有
水
力 模 型 试
Vm2 Vp2
和
gm Lm g p Lp
Vm Lm Vp Lp
m
p
验
基 本
在同一地点，用不同种流体做实验
原
理
1
V L2
V
L
水力学
由此可见，要同时满足两种准则数，对原型和模型的
2h f
k1
1
ln f lnh 2 ln A
原 理
以f的边界条件代入上式得k1=0，故上式变为: 分离变量
df 2h f 0 它的通解为： dh
f k0eh2
水力学c - M 1 [ f (h) h f ]
t 2 4 Dt
h
第 十 二 章
D
2c x 2
=-
M 1 2 f
4 Dt 4t h 2
二 章
水 明渠、水上飞行器、船舶阻力实验以 Fr数为主。
力 有压管流、液压油流、低速绕流 Re 数为主
水工模型试验及检测
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2.1 量纲和单位
量纲
– 基本量纲 导出量纲
可由基本量纲推导的其他物理量的量纲， 如速度、加速度、密度等。 [V ] [L]/[T ] [LT 1] [a] [V ]/[T ] [LT 2 ]
[] [M ]/[L3] [ML2 ]
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二、量纲分析
水 工
1. 量纲和单位 2. 量纲和谐原理 3. 量纲分析法
模
型
试
验
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二、量纲分析
水 工
量纲和单位 2. 量纲和谐原理 3. 量纲分析法
模
型
试
验
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2.1 量纲和单位 “内容和形式的关系
”
量纲
“物质的物理性质”
– 用来表示物理量的性质和类别，可用简单的 字母表示，其符号是[ ]。例如长度的量纲是
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4、发展简史
相似现象学说
–1686年牛顿发现液体内摩擦定律，并制定液体内摩阻 力相似定律；
–1848年别尔特兰首先确定相似现象的基本性质，并提 出量纲分析的方法；
–1870年，佛汝德进行船舶模型试验，提出了著名的Fr 数，奠定了重力相似律的基础；
–1871年，费弄－哈哥特进行了莱因河口模型试验;
–相似理论和实验技术方面：爱斯纳(F.Eisner)、巴甫 洛夫斯基、基尔皮契夫和尼古拉兹等
国外规模较大的著名水工试验室:
–美国陆军工程兵团水道实验站
–前苏联全苏水工科学研究所
–法国夏都国家水力学试验室
–荷兰台尔夫特水力研究所
水力学(山东交通学院)智慧树知到答案章节测试2023年
绪论单元测试1.流体不能承受拉力和静态剪力。
A:对B:错答案:A2.水静力学研究液体平衡的规律。
A:对B:错答案:A3.水动力学研究液体运动的规律。
A:对B:错答案:A4.液体层与层之间因滑动而产生内摩擦力，具有内摩擦力的液体叫（）或（）。
A:实际液体B:粘性液体C:理想液体D:无粘性液体答案:AB5.液体压缩性的大小以（）或体积模量来表示。
A:弹性B:弹性模量C:压缩性D:体积压缩率答案:D6.连续介质假定忽略物质的具体微观结构，用一组偏微分方程来表达宏观物理量（如质量，速度，压力等）。
这些方程包括（）。
A:本构方程B:质量守恒方程C:能量守恒方程D:动量守恒方程答案:ABCD7.理想流体是指( )A:不可压缩B:没有粘滞性C:不能膨胀D:没有表面张力答案:ABCD8.表面力是作用于液体的表面上，并与受作用的表面面积成正比的力。
（）A:错B:对答案:B9.质量力是指通过液体质量而起作用，其大小与质量成正比的力。
（）A:错B:对答案:B10.作用在液体上的力分为表面力和（）。
A:质量力B:切应力C:总作用力D:表面应力答案:A第一章测试1.静水压力是指水体内部相邻两部分之间相互作用的力或指水体对固体壁面的作用力A:错B:对答案:B2.正压性是指静水压强的方向必垂直地指向受压面A:错B:对答案:B3.等压面是同种连续静止液体中，压强相等的点组成的面。
A:对B:错答案:A4.静水压强基本方程表示在重力作用下静止流体中各点的单位重量流体的总势能（）。
A:不平衡B:平衡C:相等D:不相等答案:C5.重力作用下静止流体中各点的静水头都相等。
（）A:错B:对答案:B6.金属测压计用于测定较大压强。
（）A:对B:错答案:A7.作用在平面上的静水总压力的计算方法有（）和（）。
A:欧拉法B:拉格朗日法C:解析法D:图解法答案:CD8.根据静水压强公式以及静水压强垂直并指向受压面的特点，可利用图形来表示静水压强的（）和（）。
水工模型试验-福大土木工程实验教学中心
福州大学土木工程学院本科实验教学示范中心学生实验教学大纲适用年级2006一、课程中英文名称中文名称水工模型试验（课程实验）英文名称Hydraulic Model Practice二、授课对象与学时授课对象06级水利水电工程总学时30学时其中实验（上机）学时20学时三、本课程与其他课程的联系先修课程《高等数学》、《水力学》、《结构力学》、《材料力学》后续课程四、课程的教学目的水流运动是一种非常复杂的自然现象，对各种作用力存在的情况和它们发展的规律可通过水工模型实验来复演或预演原型的复杂水流现象，通过方案比较和修改可获得水工建筑物的优化布置和体型，从而为水利工程规划、设计、运行、管理提供科学的理论和技术的指导。
目前在许多领域里采用水工模型以解决工程问题已成为公认的标准方法。
（1）通过学习学生要了解水力模型试验的基本原理，掌握相似性试验理论。
2 ）了解相似性力学、定床和动床河流模型、水库模型、定床和动床潮汐模型、波生现象模型、水工建筑物模型）了解相似性力学、定床和动床河流模型、水库模型、定床和动床潮汐模型、波生现象模型、水工建筑物模型、管道模（2型和地下水模型等模型设计原理。
3 ）了解相似性力学、定床和动床河流模型、水库模型、定床和动床潮汐模型、波生现象模型、水工建筑物模型）了解相似性力学、定床和动床河流模型、水库模型、定床和动床潮汐模型、波生现象模型、水工建筑物模型、管道模（3型和地下水模型等模型试验技术及工程实例说明。
（4）了解水力模型试验的现状与学术水平。
五、课程教学的主要内容（一）水工模型试验量测仪器的参观与操作认识实习（必修）实验项目1:1:水工模型试验量测仪器的参观与操作认识实习（必修）知识点：通过参观、学习，了解各种量测仪器的工作原理、用途，掌握使用方法，介绍流速量测仪器的种类和各种应用条件，介绍国内外水工模型试验的基本方法。
重点：各种水工模型试验量测仪器的认识、适用条件和使用方法；各种量测仪器的工作原理和用途及选择；实验操作规程难点：国内外水工模型试验的基本方法认识，多点流速测量系统和ADV测速系统的使用方法水工建筑物模型一一泄水建筑物消能型式（必修）2:水工建筑物模型一一泄水建筑物消能型式（必修）实验项目2:知识点：运用模型试验基本原理，掌握按重力相似准则设计整体和局部模型时模型比尺的选择方法，制作与设计水工建筑物模型，测量泄水建筑物的水流流态、流速、压力等水力参数，并根据设计的泄水建筑物体型，计算该泄水工建筑物模型，测量泄水建筑物的水流流态、流速、压力等水力参数，并根据设计的泄水建筑物体型，计算该泄水 建筑物的消能率，并分析设计方案的可行性和合理性，并应用所学数学知识，处理和分析实验数据，并根据分析结能率，并分析设计方案的可行性和合理性，并应用所学数学知识，处理和分析实验数据，并根据分析结 果给岀设计推荐方案和设计方案的修改建议。
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将上式代入牛顿普遍相似准则 L22 L3g
Frp Frm
★在重力起主导作用两个相似系统中， 必须保证原型和模型的弗汝德数相等。因 此重力相似准则，又称弗汝德数准则，模 型与原型之间各物理量的比尺不能任意选 择，必须遵循弗汝德数准则。
现将各种物理量的比尺与模型比尺 L
的关系推导如下：
因为 V L3 8000
所以
Vm
Vp
V
2074104 8000
2593m3
所以水工模型中的放水时间为16.11d， 控制放水流量是2593m3。
第三节 水工模型设计的几点说明
（1）如果原型水流是紊流，则模型中 的水流也应该是紊流，在设计河道模型时 要选择几个流速较小的断面进行校核。
(2)原型水流是缓流或急流，模型中也 相应为缓流或急流。
L
W F L L4
3.阻力相似准则
2 p
m2
g p Lp J p gmLm Jm
或
Frp Frm Jp Jm
（1）阻力平均方区的紊流阻力相似准则
★水流在阻力平方区时，只要模型与原型
的沿程水头损失系数相等，就可以满足模 型与原型流动的阻力相似的要求，就可以 用弗汝德数准则进行阻力相似模型的设计。
t
tp tm
加速度比尺
p m
Lp / tP Lm / tm
L t
a
ap am
Lp Lm
/ tP2 / tm2
L t 2
根据定义，流速可以用长度除以时间 表示，而加速度则要用速度除以时间表示。
由此可见，满足运动相似的流速比尺 和加速度比尺都不是任意选定的，它们与 时间比尺、长度比尺都是相互关联的。
L
Lp Lm
式中 L 为长度比尺
面积比尺
体积比尺
A
Ap Am
Lp2 Lm2
L2
2.运动相似
V
Vm
Lp3 Lm3
L3
是指原型与模型的运动相似，即原型与 模型流动中任何相应点的速度、加速度方向 相同，大小成同一比例。或者说两个流动的 速度场(或加速度场)是几何相似的。
设时间比尺： 速度比尺
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第五章 水工模型试验基础
❖ 两个规模不同的流动相似是水工模型试验中
必须面对的问题。
❖ 采用模型试验和理论分析相结合的方式是解 决问题的有效途径之一，在把模型中的实测资料 引用到原型中会遇到下列问题：
❖ 如何设计模型才能是模型和原型中的流动相 似？
❖ 如何把模型中观测的流动现象和数据换算到 原型中去？
日洪水总量 Vp 2074万m3 。试进行模型设
计。
L 20 m 2.1m s
解：由于过闸水流主要受重力控制，所以要 按重力相似准则设计；同时考虑过闸水流紊 动的特点，还要满足紊动阻力相似。
（1）确定模型流量：由
Q
2.5 L
1788.85
则模型流量
Qm
Qp
Q
800 0.447 m3 1788.85
n
1/ L
6
(2) 粘滞阻力相似准则
Re p Rem
★要实现粘滞力作用相似，就要满 足模型与原型水流的雷诺数必须相等， 这就是雷诺准则。
(1) 流速比尺
v
1 L
(2) 流量比尺
Q A L
(3) 时间比尺
t
L
L2
（4）压强比尺
p
F A
L2
例题1：以重力相似原则设计的某水工模 型，长度比尺 L 25 ；若原型中闸孔收缩断面 处的平均流速 p 7.5m s ，则确定模型中相应 收缩断面处的平均流速 m 。如果原型中过闸 流量 Q p 3000m3 s ，则原型中相应的流量 Q m 为多少？
(3)在阻力相似的模型中，应该保持粗 糙系数的相似，并检验模型水流是否在阻 力平方区。
3.动力相似
是指原型和模型的作用力相似，即原
型和模型中作用于任何相应点的力都具有
相同性质的力，而且方向相同，大小保持
同一比例。
F
Fp Fm
以上三个相似是模型和原型保持流动 相似的重要特征。几何相似是运动相似和 动力相似的前提条件，动力相似是决定运 动相似的主导因素，而运动相似则是几何 相似和动力相似的具体表现。它们相互联 系，互为条件，三者统一完整，缺一不可。 几何相似中的长度比尺是水工模型的重要 参数，运动相似中的流速比尺是检验模型 相似性的重要依据，而动力相似是模型设 计的主要出发点。
相似原理提供了解决这两个问题的理论基础。
第一节 水工模型实验研究的范围
1.泄水建筑物水力学特性试验 2.水电站水力学特性试验 3.船闸水力学特性试验 4.鱼道水力学特性试验 5.其它专题研究
第二节 水流相似理论
一. 相似特征
1.几何相似
是指原型与模型保持几何形状和几何 尺寸相似，也就是原型和模型的任何一个 相应线性长度保持一定的比例关系。
s
（2）确定原型闸小护坦中部流速
0.5 L
4.47
m 2.1m s
p m 4.47 2.1 9.39 m s
（3）确定模型洪水周期和洪量
原型设计洪水周期Tp 3d，设计洪水总量Vp 2074104 m3
因为
t
0.5 L
4.47
所以
Tm
Tp
t
3 4.47
0.67d
16.11h
解： 按重力相似原则设计水工模型
因为
L 25
所以
0.5 L
5
由于
p m
5
所以
m
p L
7.5 5
1.5m
s
Q
2.5 L
252.5
3125
Q
Qp Qm
Qm
Qp
Q
3000 0.96 m3 3125
s
例题2：某大坝溢洪道为调节泄洪流量， 拟设置闸门进行控制，为此需要进行水工模 型试验。已知原型设计流量 Qp 800m3 s ，三
(1) 流速比尺
P m
Lp Lm
0.5 L
(2) 流量比尺
Q
Qp Qm
ApP AmP
A
2 0.5 LL
2.5 L
(3) 时间比尺
t
L
L3 2.5
L
0.5 L
(4) 力的比尺 F L3 若原型与模型的液体一样 1 则 F L3
(5) 压强比尺 (6) 功的比尺
p
F A
L3 F
二. 相似准则 1.牛顿普遍相似准则
F
Fp Fm
mpap mma m
aL3
F 1 Lv
Fp
p
Lp
2
2 p
Fm
m Lm2m2
F Ne
L2 2
Nep Nem
★模型与原型的牛顿数相等，这是流动相似 的重要判据，称为牛顿相似准则。
2.重力相似准则
实际工程中，由于流经闸、坝的水流， 具有自由液面，因此起主导作用的力是重力， 如果用重力代替牛顿相似准则中的F，换成是 重力G，就可以满足原型与模型在单项力上的 力学相似。此时的作用力比尺就是：