河海大学研究生考试-水力学-2004真题答案

河海大学2004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20分） 1． ×【参考答案】快层对慢层作用着与流动方向一致的切力，促使慢层加速；慢层对快层作用着与流动方向相反的切力，使快层减速。

根据以上分析可知B 水体底面的切应力方向与水流方向相反，如图所示。

2． ×【参考答案】根据C D C C I y y y A =+，一般来言，C C Iy A>0，则D y >C y ，即压力中心D 点在受压面积的形心点以下，这是压强分布规律导致的必然结果；只有在受压面为水平面的情况下，平面上的压强分布时均匀的，压力中心D 与形心C 重合。

3． √【参考答案】定义：如果原型与模型上相应点上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。

【点 评】力学相似的条件：①几何相似：原型和模型所有相应线段的长度维持一定比例。

②运动形似：原型和模型所有相应点的速度，加速度的大小维持一定比例，方向相同。

③运力相似：原型和模型所有相应点上各种作用力方向相同，大小成比例。

三者的关系：几何相似时前提和依据，动力相似一定运动相似，运动相似是其它相似的具体表现和后果。

（动力相似⇒牛顿相似定律）4． √【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。

对固定管道，绝对粗糙度∆是确定的；但粘性底层厚度0δ和过渡层1δ的厚度随e R 变化。

5． ×【参考答案】按堰顶厚度δ与堰前水头H 之比Hδ，将堰分为三类： ①0.67Hδ<， 薄壁堰；②0.67 2.5Hδ<<， 实用堰；③2.510Hδ<<， 宽顶堰。

根据题干由22.50.6Hδ=>，故属于宽顶堰。

6． ×【参考答案】M 3CCNN由22221[1()]1()1c c dEs Fr dh k dEs i k ds k dh k i ds Fr ⎫=-⎪⎪⇒=-⎬-⎪=⎪-⎭当,1c c k h h k >< 即,c dEs h h ds ⇒>↑；同理,c dEsh h ds⇒<↓ 分析3M 型水面曲线，,c dEsh h ds⇒<↓ 【点 评】本题还有一种解题方法：结合下图h c急流区缓流区Es-hEsEs mino h可做如下分析：3M 型水面曲线，ch h <⇒为缓流⇒0dEsdh< 3M 形水面曲线，降水曲线0dh ds >⇒0dEs dEs dh ds dh ds=⋅<即为沿程减小的。

7． ×【参考答案】几条管道在同一点分叉，然后又在另一点汇合的管道称为并联管道，其特点为： ①各条管道在分叉点和汇合点之间的水头损失相等； ②管道系统中的总流量等于各并联管道中的流量之和。

8． ×【参考答案】均匀流动能校正系数1α>（ 1.05~1.1α=）。

【点 评】还需要掌握以下内容对于能量方程：221112221222w p v p v z z h g g g gααρρ++=+++αβ⎧⎨⎩与流速分布有关，分布越不均匀，α越大；层流的α、β比紊流的大；同是层（紊）流，α比β大。

9． √【参考答案】毕托管就是利用驻点压强的原理制成的一种测速仪器，实测的是时均流速u 。

10． ×【参考答案】限定条件下（不可压缩液体恒定平面流动中），任何两条流线间的单宽流量q 等于该两天流线间的流函数值之差。

【点 评】判断一定要注意前提、限定条件以及部分特殊情况。

二、选择题（每题2分，共20分） 1． （3） 【参考答案】紊流：①光滑区 λ仅仅是e R 的函数，λ～14e R -，λ～14v-，f h ～14v ；②过渡区 λ是e R 和d∆的函数，即(,)e R d λλ∆=；③粗糙区（又称阻力平方区） λ仅仅时d∆的函数，λ与e R 、v 均无关，f h ～2v 。

2． （4）【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，故1c h =2c h 。

正常水深0h 决定于流量、过水断面形状尺寸有关，跟底坡i 和糙率n 也有关，底坡i 越大，正常水深越小；糙率n 越大正常水深越大。

3． （1）【参考答案】紊流的流速分布形式主要有两种：对数分布（普朗特理论）、指数分布（尼古拉兹实验）。

4． （3） 【参考答案】如图所示：12p gh gh ρρ=+①当21ρρ>，11A p gh ρ=；2B p gh ρ= 其中，11222122gh gh gh gh ρρρρ+≠+，12h h h ⇒<+即B 管的液面低于A 的。

②当21ρρ=12h h h ⇒=+【点 评】做这种类型的题目最重要的是要找到对应的等压面。

5． （3）【参考答案】223232333()36()6x y x xy f y x y x xy xy f y c xy y yx ϕψϕϕϕϕψ∂∂⎧==-⎧=-+⎪∂∂⎧=-⎪⎪⇒⇒∂⎨⎨⎨=-∂∂=⎩⎪⎪=-=-∂⎩⎪∂∂⎩ 6． （1） 【参考答案】2ρ2ρ11水平线S 1CCNNh c急流区缓流区Es-hEsEs mino h根据上图：1S 型水面曲线中，c hh >；可判断为缓流。

7． （4）【参考答案】根据公式：e vdR ν=，所以必须v 、d 以及ν全部相等才会下界雷诺数相等。

8． （4）【参考答案】闸坝下有压渗流流网的形状仅于边界的几何形状有关。

9． （2）【参考答案】由Fr =；22212221mv v Fr gh mgh ==⨯=> 所以1Fr >，所以为急流。

10． （3）【参考答案】通过计算可得：010102011)(71)322c c c c h hh h ==-= ∴ 02c t h h > 即为远离式水跃。

【点 评】根据02c h 与t h 的对比关系，有三种不同的衔接形式：①当2co t h h >时，产生远离式水跃； ②当2co t h h =时，产生临界式水跃； ③当2co t h h <时，产生淹没式水跃；h t <hc 02h t =hc 02h t >hc 02h coQv三、作图题（每题5分，共10分）1．定性绘出图示管道的总水头线和测压管水头线（管径为d 常数）。

测压管水头线总水头线【点 评】绘制虹吸管的总水头线和测压管水头线时，其测压管水头线位于管轴线下的区域即为真空发生区。

2．定性绘图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。

（渠道每段都充分长，糙率沿程不变）i 3<i ci 2>i ci 1<i c四、计算题（本题7小题，共100分） 1. 【参考答案】（1）分别利用牛顿内摩擦定律：111212222du u dy h y y h du u dy y τμμμμμτμμ⎫==⎪-⎪⇒=⎬+⎪==⎪⎭（2）12F u u A h y y μμ=+-1222()0()u F u A h y yμμ'⇒=-=-此时阻力最小。

11h hy y y ⇒=-⇒==【点 评】本题是对牛顿内摩擦力的考察，运用牛顿内摩擦定律dudyτμ=，分清楚相对运动即可解出。

求最值问题时用数学上求导数的方法。

2. 【参考答案】已知：332102,0.4, 1.9,0.9810/b m h m h m kg m ρ====⨯20.4,1h m R m ==；AB 上的总压力44332340.50.6 1.9 3.86103.8610 4.015100.989.8110.98109.81( 4.0151)410.98109.81( 3.142 4.0152)49.2310B r B Z P g g g PaP m g P gV R b b Nρρρρρπ=⨯-⨯-⨯=⨯⨯==⨯⨯'==⨯⨯⨯+⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯+⨯=⨯34410.98109.81(4.015)28.6810212.710arctan46.7X c ZXP gh NP NP P ρθ'==⨯⨯⨯+⨯=⨯==⨯==【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O水油Hgmm哪部分液体作用，一定要找出该部分液面的自由液面。

此外牢记解析法求静水用压力的公式：压力大小c c P gh A ρ=，重点是找出形心。

对于作用在曲面上的压力：x c c z p gh A p gvρρ==，p =v 为压力体体积。

3. 【参考答案】列1—1与2—2能量方程：221122222121122221210()221114499p v p v x y z g g g g v d v d v d v d v v ρρππ++=++++=⇒==⇒=由静水压强平衡：1212212113.68013.628012.62r p gx p gy p gh p p x y h gx y h x y h v gh v gρρρ-=++-⇒=++++=+++⇒=又1214 1.415/Qv m s d π== 0.65h m ⇒=【点 评】考察连续性方程、能量方程以及动量方程。

注意以下两点： ①如果求力用动量方程，求压强用能量方程，求速度用连续性方程。

②通常F ∑中包括：重力、断面压力及外力。

FG P R ∑=++，具体计算看哪一项有，哪一项无。

4. 【参考答案】根据动量方程：x ： 2c o s x R Q v Q v ρθρ-=--------------------------① y ： 22110sin Q v Q v ρθρ=-------------------------②由能量方程：12v v v == ②12120.0121sin sin 0.0242Q Q Q Q θθ⇒=⇒===30θ⇒=3220.4610460()x R Qv Q v NF N ρρ=-=⨯⇒=→ 5. 【参考答案】（1）2441677.32320e Qdvd Qd R d πννπν⋅====<⇒管中水流为层流。

（2）层流中的64640.0381677.3e R λ=== （3）2322440.0310(0.17/)2 3.14(0.015)f l v Q h v m s dg d λπ-⨯⨯=⋅⋅===⨯ 240.170.0380.0150.01529.8m =⨯⨯=⨯（4）层流可推导22264643222f e l v l v lv h vd R d g d g d gνν=⋅⋅=⋅⋅=⇒可见f h 的影响因素仅有v 。