水力学060708年试卷及答案

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1、2007 年一 ，名词解释：1连续介质：流体质点完全充满所占空间，没有间隙存在，其物理性质和运动要素都是连续分布的介质。2流线：某一确定时刻t,在流场中一定有这样的曲线存在，使得曲线上各点处的流体质点的流速都在切 线方向，这样的曲线就叫做该时刻 t 的流线。3长管：在水力计算中，管道沿程阻力远远大于局部阻力，局部阻力可以忽略不计的管道。4水跃：明渠水流从急流过渡到缓流状态时，会产生一种水面突然跃起的特殊局部水里现象，既在较短的 渠段内水深从小于临界水深急剧地跃到大于临界水深的现象。5。渗流模型： 在保持渗流区原有边界条件和渗透流量不变的条件下，把渗流看成是由液体质点充满全部 渗流区的连续总流流

2、动。二，解答题1. 温度对流体粘性系数有何影响原因何在答：温度升高时液体的粘滞系数降低，流动性增加，气体则相反，粘滞系数增大。这是因为液体的粘性主 要由分子间的内聚力造成的。温度升高时，分子间的内聚力减小，粘滞系数就要降低。造成气体粘性的主 要原因则是气体内部分子的运动，它使得速度不同的相邻气体层之间发生质量和动量的变换。当温度升高 时，气体分子运动的速度加大，速度不同的相邻气体层之间的质量交换随之加剧，所以，气体的粘性将增 大。2. 写出总流伯努利方程，解释各项及方程的物理意义。P a V 2P a V 2答：总流伯努利方程为：Z1 + 1 +甘4二Z2 + 2 +2 2 + hi1 丫2

3、g2 丫 2 g1其中： Z 表示总流过流断面上某点（所取计算点）单位重量流体的平均位置势能P表示总流过流断面上某点（所取计算点）单位重量流体的平均压强势能。YaV2表示总流过流断面上某点（所取计算点）单位重量流体的平均动能。2ghl 表示总流过流断面上某点（所取计算点）单位重量流体的平均机械能损失，称为总流水头损P代表总流过流断面上单位重量流体的平均势能YP aV 2H = Z + +代表总流过流断面上单位重量流体的平均机械能72 g3. 长度比尺为 40 的传播模型实验，测得船速为 1.2m/s 时模型受到的波浪阻力为，试求原型船速和原型船舶所受到的波浪阻力（以重力作用为主）F P 12V

4、 2 答：根据牛顿一般相似原理：力的比例尺：= 旷严F F P 12v2m m m mv 2v 2弗罗特数法则 F =_产=厂r gL gLpmFl 3由以上两式得f=ip mm丄644.利用圆管层流九=Rel3最终得 F XF = 403 X 0.03 = 1920Np l 3mm0.3164K水力光滑区九=和粗糙区九=（方）。25这三个公式，论证在层流中hf g v，光滑区hfg v1.75 ，粗糙区 hfL av 2 答：因为J d石64由题圆管层流“ Re，64u所以亦则：h64u a即h厂両石V = aV其中64 u aa =pLd 2 g当流体，管长，管径一定时 a 为定量，所以层

5、流中0.3164在水力光滑区区二瓦苗0.3164u 0.250.3164u 0.25 av1.75所以(PVL)0.25 则：叮市赢2T，即0.3164u 0.25 av1.75h = bvi-75f(pL)0.25 d2g其中b0.3164u 0.25 a（pL）0.25 d石当流体管长管径一定时b为定Re 0.25d量，所以光滑区 h f g v1.75在粗糙区区二吟）O-25，带入公式整理K 0.25 L a v 2K 0.25 L acv2得，苴中 c二当d 1.252g得,其中d 1.252g 当流体，管长，管径一定时c为定量，所以粗糙区hf g v25.简述明渠均匀流发生的条件和特

6、征。 答：明渠均匀流发生的条件：明渠均匀流只能出现在底坡不变，断面形状，尺寸，壁面粗糙系数都不变的 长直顺坡渠道中。明渠均匀流的流线是相互平行的直线，因此具有以下特征：（1）过水断面的形状，尺寸及水深沿程不变。（2）过水断面上的流速分布，断面平均流速沿程不变。（3）总水头线、水面线及渠底线相互平行。所以，总水头线坡度（水力坡度）J,水面线坡度（测 压管水头线坡度J Jp和渠道底坡i彼此相等，即J= Jp=i。pp三、计算题2a2（p 一卩）g1半径为a的小球在粘度很大的不可压缩牛顿流体中下落，证明其速v二匸流体的密度和粘度，P是小球的密度。s证明：由题小球在粘度很大的不可压缩牛顿流体中下落，即

7、圆球的雷诺数R 1，绕流阻力不可忽略则e对小球受力分析pv 21小球受到沿流动方向的阻力D = CdA2 = 2CD兀a2Pv2，P为流体密度4流体对小球的浮力F =-兀a3 pg重力G = 4兀a-p g3sp 为小球密度s当小球处于悬浮状态时的速度为最终速度，即 ：G 二 D + F4 1 4带入得K -a3p g = C k a2pv2 + k a3pg3s 2 D3整理得：v = 3CY D丄(宵)gaR宀 C 2412卩由于R 1，所以CD代入上式整理得:eD Rva pev = 2a2（p -p）g得证2. 水箱侧壁开一圆形薄壁孔口，直径d=5cm，水面恒定，孔口中心到水面的高度H

8、=4m。已知孔口的流速 系数申=.98，收缩系数 = .62，孔口出流手上断面的流 速v、流量Q和水头损失h 。cm解；设Ac为收缩断面面积，A为出口断面面积，A =兀(-)2 = .02m2由题：v =e j2gH = 0.982x9.8x4m/s = 8.68m/sc Q = ACVC ,A = A = 0.0012 m 2C则 Q = A V = 0.01m3 / sCC以水箱中自由表面为基准面，对自由表面0-0的点和收缩断面形心C-C的点写伯努利方程式:Pa v 2Pa v 2Z + 0 +-0-=Z +c +c c + h0 丫2 gcY2 g1PP其中：a. = a =1， v0

9、= 0，Z +0 Zc-=H0 c 00Y-Yv则整理得：h = H = 0.156 m12 g即解得孔口出流收缩断面的流速v二868m/s，流量Q二0.01%3 /s，水头损失h二0.156%Qmaxcl由谢才公式：1 丄v = C、,： Ri， C = R 6 i= ，n则：水力半径nv3R = (ma)2 = 0.35mi1;3,解：由题以允许流速v二Lm/s为设计流速max明渠断面面积A二=2m 2又 A = (b + mh)h， R =b + 2h J1 + m 2列方程组得解得：(1) b = 4.27 m, h = 0.41m11(2) b = 2.58m, h = 2.3m22

10、舍去故此梯形断面的底面底宽b = 4.27m，水深h = 0.41m4.消防水管直径D=0.15M,喷嘴出口直径d=0.03m,设计流量Q=0.003m3/ s。喷嘴和管路用法兰连接并用螺栓固顶。不计水头损失，求螺栓所受的总拉力。，解：以消防水管中轴水平面为基准面，取法兰处断面1-1 和喷嘴出口处断面2-2 为研究断面, 设总拉力为由连续性方程Q A1V1 A2VA(仝)2 0.018m21 2H)2 = 0.0007m22则 Vi 二孕二 1.67m / s,1Q 42.86m / s A2对 1-1 和 2-2 写伯努利方程，动量方程P a v 2 PZ + 1 +11 Z + 2 +1

11、丫 2 g2 丫a v 2c c厶2 g工F = pQ(a v -a v )02 2 01 1其中：ai =a 2 = 1，a 01 =a 02=Z2=0，P=0，h=0 （不计水头损失）v 2v2则：p (亠-i)y 916.97 KP12g 2g又：工F =PA -N = pQ(v211N 为水流在喷头处所受阻力。解得：N= KN 因为T=N =即 螺栓所受的总拉力为5 图 示 串 联 供 水 管,各段管长 = 350m, = 300m,二 200m;管径d = 300mm, d = 200mm, d12100mm ；沿程阻力系数九0.03,九0.035,九0.04 ；节点流量q1 100

12、1 / s，q2 601 / s，q3 301 / s ；末端所需自由水头为25m，求水塔的供水高度h。解：由题：水塔高度H二H1 + H + H + H3m由于管长很长，8九l1-兀 2 d 5 g1+ q3 二 1901 / s,可视为长管，则：=357.76s 2 / m5Q2+ q = 901/s3Q = q = 301 / s338九1/2 = 2716.71s2 / m5 兀 2 d 5 g28九1= 66236.07s2 / m5 兀 2 d 5 g3所以；H1 二 Sg 二 12.92mH = S Q 2 = 22m2 2 2H 二 S Q2 二 59.6m333H 二 H +

13、 H + H + H “20m123 m即 水塔的供水高度 H=120m2006年一、单项选择题1 -5 CACBC 6-10CDDCB1.牛顿内摩擦定律表明，决定流体内部切应力的因素是：A 动力粘度和速度 B 动力粘度和压强 C 动力粘度和速度梯度 D 动力粘度和作用面积2.当水的压强增大一个大气压时，水的密度增大大约为：A1/20000 B1/10000 C1/4000 D 1/20003密闭水箱的侧壁为一矩形平板，水面压强大于大气压强，水深3M,静水总压力的作用点到水面距离y应 是：A y1.5m B y=1.5m C 1.5myV B ii C Fr1 D hhk kk宽顶堰要求555

14、5 0.67 B 0.67 2.5 C 2.5 10HBHC HD HA9A 10 实际渗流与渗流模型相比A 流量相同，阻力相同 B 流量相同 ， 阻力不同C 流量不同 阻力相同 D 流量不同 阻力不同二、名词解释1. 相对压强： 以当地大气压 Pa 为零点来计量的压强，称为相对压强2当量粗糙度：所谓当量粗糙度，指与工业管道粗糙区入值相等的同直径尼古拉兹人工管道的粗糙高度3. 管嘴出流：孔口出流的孔口上加一段 34 倍管径的短管，流体经短管流出时充满短管出口的全部断面， 称为管嘴出流。4临界水深：断面比能曲线上，相应于最小断面比能的水深hk,称为临界水深。5.基本量纲：认为选取的彼此之间无关，

15、不能以其他各量的量纲所表示的量纲。三、简答题1. 简述温度对流体动力粘度的影响。答：温度升高时液体的粘滞系数降低，流动性增加，气体则相反，粘滞系数增大。这是因为液体的粘性主 要由分子间的内聚力造成的。温度升高时，分子间的内聚力减小，粘滞系数就要降低。造成气体粘性的主 要原因则是气体内部分子的运动，它使得速度不同的相邻气体层之间发生质量和动量的变换。当温度升高 时，气体分子运动的速度加大，速度不同的相邻气体层之间的质量交换随之加剧，所以，气体的粘性将增 大。2. 归纳总流能量方程的应用条件。答: （1）流体是不可压缩流体 （2）流动场是重力场 （3）流体的流动是恒定流 （4）过流断面是渐变流断面

16、 （5）流量沿程不变，即无分流或合流 （6）必需在同一的基准面上计算，（7）压力可以都是绝对压强，也可以都用相对压强3已知某平面流场ux二2xy + x，u = x2 一 y2 一 y，此流动是否连续是否有旋 xydudududu一2y -1则：示+- 0所以此平面流场连续因为是平面流场，所以其涡量 =0 二0xydudu由已知duydxdux = 2 x即此流动为无旋流动4. 简述渗流达西定律与裘皮衣公式的区别。答：渗流达西定律是表明在某一均质介质的空隙中，渗流的水力坡度与渗流流速的一次方成正比，是 液体作层流运动所遵循的规律，而裘皮衣公式是反映了渐变渗流过流断面上个点渗流流速相等，并等 于

17、断面平均流速，是对渐变渗流过流断面上流速的描述。5. 若球形尘粒的密度P = 2500kg / m3，空气温度为20C，求可采用斯托克斯公式计算悬浮速度的最m大粒径为多少（已知20oC时，空气的密度P = L2kg/ m3，动力粘滞系数卩=181 x 10-5 P -s）。Pvd 1a解：当满足斯托克斯公式计算悬浮速度时雷诺数R 1e其中悬浮速度d2(Pm-P)g带入上式得：1d i , i i1 k 2 k . h h01 k 02 kh = 1.23m, h = 2.45m12. h h1 k 2 kh 的共轭水深：h=丄（1 + 8F2 -1）=经（1 + 8卑-1） = 3.06m h

18、112r12gh32所以发生的是远驱水跃水面曲线 见 参考书191 页 9-8-3 图 9-32 （a） （考试时需自己画）（画水面曲线为每年必考题，必须会画）21.图示两水池A., B水位差z = 3m，其间连接一铸铁管，长度1 = 60m，管径d = 200mm，沿程 阻力系数九=0.026。弯头局部阻力系数 = 0132，阀门局部阻力系数= 2.06 。求此管中的流 弯阀量 Q 。以B池水面为基准面，对A-A断面与B-B断面列伯努利方程1)3+ 0 + 0 = 0 + 0 + 0+ hw又 hw=5+5弯阀+1+入 d)2g2)由(1)(2)联立得v二2ghw60 二 2.26m / s

19、0.5 + 0.132 + 2.06 +1 二 0.026 x 0.2兀Q = vA = d 2v =0.071m3综合近年考题，不难看出难度逐年加大，但考题难度大的情况下 改卷相对就较松，所以考试时切忌紧张， 每道题至少要把考点的公式写出，就能拿到很大一部分分数，有时由于出题人的疏忽会出错或少给条件(很 少出现)，所以发现解题思路都对 却怎么也算不出答案时，就立刻停止，很有可能是题有问题 算到几乎最 后即可。例如2008 年计算19 题忘了给出角度。建议把近3 年考题可以自己动手做一遍。再看看其他参考 书的课后习题，会很有益处。曾经考过的 名词解释连续介质过流断面 边界层 长管 水跃 断面比能当量直径 渐变流 水击 真空度 等压线 水力半径临界深度 流线 粘滞力