水力学06,07.08年试卷及答案

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。 答：总流伯努利方程为：l h g

V P Z g

V P Z ++

+

=+

+

222

222

22

111

1

αγ

αγ

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

γ

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。

g

V 22

α 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。

l h 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

失

γP

Z H P +

= 代表总流过流断面上单位重量流体的平均势能

g

V P

Z H 22

αγ

+

+

= 代表总流过流断面上单位重量流体的平均机械能

3. 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）

答：根据牛顿一般相似原理：力的比例尺：2222

p

p p p

F m m m m

F l v F l v ρλρ==

弗罗特数法则

22

p

m

r p m

v v F gL gL ==

由以上两式得

33p p m m

F l F l

=

最终得p F =

33p m

l l

m F ⨯=3400.031920N ⨯=

4. 利用圆管层流Re 64=

λ ，水力光滑区25

.0Re

3164

.0=λ和粗糙区25.0)(d K =λ这三个公式，论证在层流中v h f

∝，光滑区75.1v h f ∝，粗糙区2v h f ∝

答：因为g

v d L h f 22

αλ

=，μ

ρvL

=

Re

（1）由题圆管层流Re

64

=

λ

，所以vL ρμλ64=

， 则：g

v

Ld h f

264αρμ=

，

即av v g Ld h f

==

264αρμ其中g

Ld a 264α

ρμ=

当流体，管长，管径一定时a 为定量，所以层流中

v h f ∝。

（2）在水力光滑区25.0Re 3164.0=λ ，所以25.025

.0)(3164.0vL ρμλ=

，则：g

v d L h f 2)(3164.075

.125.025.0αρμ=

，即

75

.175.125

.025.02)(3164.0bv g v d L h f ==αρμ 其中g

d L b 2)(3164.025.025.0αρμ= 当流体，管长，管径一定时b 为定

量，所以光滑区75.1v h f

∝，

（3）在粗糙区25.0)(d

K =λ，带入公式整理2

225.125.02cv g v d L K h f ==

α得，其中g d L K c 225.125.0α= 当

流体，管长，管径一定时c 为定量，所以粗糙区2v h f ∝

5.简述明渠均匀流发生的条件和特征。

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 p 和渠道底坡i 彼此相等，即 J= J p =i 。

三、计算题

1 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μ

ρρ9)(22g

a v s -=

，ρ、μ是