河海大学研究生考试-水力学-2006真题答案

河海大学2006年攻读硕士学位研究生入学考试试题解析考试科目名称：水力学一、是非题（每题2分，共26分） 1． ×【参考答案】由牛顿内摩擦定律duT A dyμ=，所以液体流层之间的内摩擦力与液体所承受的压力无关。

2． √【参考答案】紊流可以是均匀流，也可以是非均匀流。

【点 评】要区别几组概念：①恒定流与非恒定流：运动要素是否随时间变化来区分。

②层流和紊流：下界雷诺数e R 小于2320的为层流，下界雷诺数e R 大于2320的为紊流。

③均匀流与非均匀流：流速的大小和方向是否沿流线变化来区分。

对紊流来说u u u '=+，其中u '为脉动流速，u 为时均流速。

如果时均值不随时间变化，称为（时均）恒定流。

3． ×【参考答案】液体作层流运动时，沿程水头损失λ仅仅与e R 有关，而与相对粗糙度d∆无关。

【点 评】 4． √【参考答案】明渠为均匀流时，缓坡上一定是缓流，陡坡上一定是急流。

5． ×【参考答案】淹没出流的条件有两个（适用于薄壁堰和实用堰）： ①下游水位高于堰顶； ②堰下游发生淹没水跃。

要同时满足这两个条件，则发生淹没出流。

6． ×【参考答案】有压管道中水流作均匀流，总水头线、测压管水头线必定平行，而“管轴线”是否平行是无必然联系的。

7． ×【参考答案】根据通过泄水建筑物的几个不同的流量计算相应的co h 、2co h ，并确定t h ，使2()co t h h -为最大值所对应的流量作为计算消力池深度d 的设计流量，而消力池长度则取最大流量作为设计流量。

8． ×【参考答案】在无压渗流的自由表面线（又称为浸润线）上，各点的压强相等。

因为断面总能量22S p v E z g g αρ=++，其中22v gα很小，可以忽略； 故断面总能量S p E z gρ=+； 虽然各点压强相等，但由于势能不同，故不是等水头线。

9． ×【参考答案】从0t =至2lt c=的一相称为水击的第一相； 从2l t c =至4lt c=的时间称为周期。

10． ×【参考答案】分别将的p ∆ 、ρ 、v 量纲带入运算：23M p L LT M L v TL Tρ∆==⋅；可见组成的并非无量纲数。

11． √【参考答案】临界水深c h 决定于流量、过水断面形状尺寸有关，跟底坡i 和糙率n 无关。

12． √【参考答案】做出以下区别：绝对压强：abs p （气体全部抽空为起点），变化范围是[0,)+∞； 相对压强：r abs a p p p =-，变化范围是[],a a p p -；绝对压强：v a abs p p p =-，变化范围是[],a o p ； 出现真空就出现负压，必小于零。

13． ×【参考答案】均匀流是指流速的大小和方向不沿流线变化，均匀流的特征： ①流线时相互平行的直线，所以过水断面时平面，且面积不变； ②流速分布沿程不变； ③在均匀流的过水断面上 pz c gρ+=； 题干中“均匀分布”的意思并不吻合。

例如抛物线分布、矩形分布的断面流速也是均匀分布的，但都并不是均匀流。

二、选择题（每题2分，共24分） 1． （3）【参考答案】根据粘性底层厚度0δ与绝对粗糙度∆的对比可将紊流壁面分为以下三类： ①∆<0δ， 紊流光滑面；②0δ<∆<0δ+1δ， 紊流过渡粗糙面； ③∆>0δ+1δ ， 紊流粗糙面。

于是，题干中粘性底层厚度0δ比绝对粗糙度∆小得多的壁面称为粗糙面。

2． （3）【参考答案】总水头线：22p v E z g gαρ=++ ； 测管水头线：p E z gρ=+； 总水头线一直下降，当水流突然扩大时，总水头线下降，测管水头线上升。

即表明有压管道的测管水头线可以沿流上升，也可以沿流下降。

3． （1）【参考答案】对某种液体而言，v 值主要随温度而变，并随温度的升高而减小。

4． （1）【参考答案】静止液体中任一点处各个方向的静水压强的大小都相等。

5． （4）【参考答案】根据能量方程：221112221222w p v p v z z h g g g gααρρ++=+++； 因等直径管道所以2112v g α与2222v g α相抵消；1212w p p h z z gρ-=-+>0；其中12z z ->0；由此可以看出12p p gρ-是否大于零是不一定的。

6． （2）【参考答案】由Fr = ；22212221mv v Fr gh mgh ==⨯=> 所以1Fr >，所以为急流。

7． （2）【参考答案】对于实用堰有三种情况：① 当d H H =，d m m =； ②当d H H >，d m m >；可以形成真空，流量增大； ③当d H H <，d m m <；可以减小堰的过水能力。

8． （2）【参考答案】试验表明，消力池中淹没水跃的长度较平底渠道中自由水跃的长度为短，这是由于水跃水跃受池末坚壁的约束所致，一般约减小20%~30%，因此从收缩断面起算的消力池长度为：(0.7~0.8)j l l = 。

9． （1）【参考答案】达西定律： v k J =，式中：wh J l=—渗流水力坡度；w h —渗流水头损失； l —渗流长度；k —渗流系数。

反映土壤渗流能力大小，其有速度的量纲。

适用条件：均匀层流，砂土，具有线性规律。

10． （2）【参考答案】重力相似准则：p m Fr Fr = 11． （2）【参考答案】①上临界雷诺数，由层流转变为紊流的判别数（当粘性小，管径大时，易从层流转变为紊流，不稳定）②下临界雷诺数，由紊流转变为层流（较稳定2320e R =） 12． （1）【参考答案】由于阀门的关闭需要一定的时间s T ，故可根据r T 与s T 的关系将水击分为两类：①直接水击：当s r T T ≤时，阀门处的水击压强未受到来自上游水库反射波的影响，能够达到最大值。

②间接水击：当s r T T >时，阀门处的压强受到来自上游水库反射波的影响，不能达到最大值。

三、填空题（每题2分，共20分） 1． 压力 ，重力、惯性力 2． 10000 ， 紊 【参考答案】410.01100000.0110e vdR ν-⨯===⨯；因其2320e R >，所以为紊流。

3．230/KN m -，230/KN m【参考答案】相对压强：2689830/r abs a p p p KN m =-=-=-；真空压强：230/v a abs r p p p p KN m =-==。

4． 沿程水头损失 ，局部水头损失， 局部水头损失 5．0.74m ，急【参考答案】根据临界水深的计算公式：c h =Q q b=；得到：2122/6Q q m s b ===，0.74c h m ===； 由c h h <可知水流为急流。

6． 小于 ， 低于 7． 堰【参考答案】根据实验，宽顶堰和实用堰上形成堰流或孔流的界限大致是：宽顶堰：/0.65e H ≥为堰流；/0.65e H <为孔流。

实用堰：/0.75e H ≥为堰流；/0.75e H <为孔流。

根据题干：/3/40.75e H <=；所以为堰流。

8． 远离水跃 ，临界水跃 ，淹没水跃 ，1.05 ， 临界【参考答案】为了使消力池中形成稍有淹没的水跃，就要求池末水深22co h h σ'=，一般取1.05σ'=，2co h 为池中发生临界水跃时的跃后水深。

9． 727.8910/m s -⨯ 【参考答案】根据公式：772510307.8910/19m q kh m s n --==⨯⨯=⨯；其中m =5，n =19；式中：h —上下游水头差；m —1m +条流线将渗流区分为m 条流带数；n —1n +条等势线将渗流区域划分成条n 等势带数。

10． 300【参考答案】根据压强水头计算公式： 0980()33009.8c H v c g ∆=-=⨯= 其中：c —水击波波速；0v —管中恒定流流速；v —水击波到达后的流速。

四、计算题（共80分）（请将下列试题的答案写在答题纸上） 1． 【参考答案】先作出对应部分的压力体，如图所示；已知0.4R m =；5L m =；x c x P gh A ρ=422.3 1.2743.57410 1.274c c R h H x h mx m g ρ⎫=-+⎪⎪⇒=+=⎬⎪==⎪⎭0.452x A RL m ==⨯=340.8109.81 3.5742 5.6110()x P N =⨯⨯⨯⨯=⨯→40.810009.819.4327.40210()z P gv N ρ==⨯⨯⨯=⨯↓213()4V R H x L R L π=++xφHAB2330.4(2.5 1.274)50.4547.548 1.8849.432m π=⨯+⨯+⨯⨯=+= arctan52.84zxP P θ== 【定 评】考察水静力学部分内容，首先要正确的分析画出压力体图。

画哪部分压力体看这部分曲面受到哪部分液体作用，一定要找出该部分液面的自由液面。

2． 【参考答案】0—0→2—2列能量方程：221200002v h h g +++=++22122()v g h h ⇒=+1—1→2—2列能量方程：2211222123121300222p v v h v h h h h g g g g p gh ρρ⎫++=++⎪⇒-+=+⎬⎪=-⎭221131132()2v h h v g h h g⇒=+⇒=+而1221A v A v ===即1221A A A A ≤⇒≤3． 【参考答案】 首先1→2—2列能量方程：2211220022p v p v g g g gρρ++=++210h 2h 1h 321MN322311dQ/2dQ/2Qp1D2212212211244224899v D v d v d v D ππ=⨯⇒===而11v A Q =124.95/, 5.57/v m s v m s ⇒==222112229.6422291p p v v g g g gp KPaρρ⇒=+-=⇒= 建立坐标系，根据动量方程：112221216112221226222612cos 602cos 602212cos 60 1.2410()202sin 602sin 602sin 60 1.7510arctan54.682.1410x x y y y xQ p A p A R v Qv Qv Qv R p A p A Qv Qv N Qp R v R A Qv N R R R Nρρρρρρρρθ--=-=-⇒-=--+=⨯→+-=-⇒-=+=⨯====⨯ 4． 【参考答案】（1）22220yx u u x x x y∂∂+=+--=⇒∂∂满足连续性方程。