工程流体力学考试试题答案

1．图（a ）表示一水闸正在提升闸门放水，图(b)表示一水管正在打开阀门放水，若它们的上游水位均保持不变，问此时的水流是非符合A 1V 1=A 2V 2的连续方程？为什么？

答：不符合，因连续方程适用条件为：恒定流；而以上两种情况均为非恒定流。

2．何谓断面比能曲线？比能曲线有哪些特征？

答：一、比能曲线：当流量Q ，过水断面形状，尺寸一定时，断面比能Es 随水深h 的变化关系曲线：

2

2

()2s Q E h f h gA

α=+

=

二、特征：1）一条二次曲线，下端以水平轴线为渐进线，h →0，Es →∞；曲线上端与以坐标轴成45°

角直线为渐近线h →∞，Es →∞；

2）当h 由0→∞，Es 由∞→∞，其中有一最小值Esmin ，相应的水深为hk ；

3）最小比能Esmin 相应K 点将曲线分成上下两支，上支Fr<1,为缓流；下支Fr>1，急流； 4）临界水深hk 可判断流态：

（1）当h=hk 临界流； （2）当h>hk 缓流； （3）当h

3．试验槽中水流现象如图示，流量不变，如提高或降低一些尾门（尾门之前的水流始终为缓流），试分析水跃位置是否移动？向前或是向后移动？为什么？

答：因为Q=常数，所以：1）尾门提高，跃后水深下降，跃前水深h 上升，故水跃向后移；

2）尾门降低，跃后水深上升，跃前水深h 下降，故水跃向前移。 4．长管、短管是怎样定义的？书中介绍了哪四种复杂管道？

长管：以沿程水头损失hf 为主，局部水头损失hj 和流速水头很小（所占沿程水头损失hf 的5%以下）； 短管：局部水头损失hj 和流速水头在总水头损失中所占比例较大，不能忽略的管道。 书中介绍了：串联、并联、分叉和沿程均匀泄流的管路。

四、作图题（2×6=12分）

1、定性绘出图示管道的总水头线和测压管水头线。

2．在各段都长而直的棱柱体渠道中，已知Q ，糙率n 均为一定，试定性绘出下列各渠道中的水面线。

五、根据题目要求解答下列各题（本大题共3小题，总计31分）

1、（本小题8分） 已知某流场的流速势为()2

22

a x y φ=

-，式中a 为常数，试求： （1）u x 及u y ； （2）流函数方程。 2、（本小题12分）

一四通叉管（如图），其轴线均位于同一水平面内，两端输入流量Q 1=0.2m 3/s ，Q 3=0.1m 3/s ，相应断面动水压强p 1=20kPa, p 3=15kPa,两侧叉管直接喷入大气，已知各管直径d 1=0.3m ，d 2=0.2m ，d 3=0.15m ，θ=30°。试求交叉处，水流对管壁的作用力（忽略摩擦力）。

N 3

N 2

N 1N 1K

b 1

c 1

a 2

c 2

N 2

b 2

P 2P 1

P 3

P 2

R x R x

1

1

2

22

2

3

3=0 V 0 =0

V 4

≠ 0 V 1

V 2

V 3

总水头线

测压管水头线

x

3、如图所示，水从水箱A 流入水箱B ，管路长l 为25m ，管径d 为25mm ，沿程阻力系数λ为0.03，管路中有两个90弯管1d

ρ⎛⎫=

⎪⎝⎭

及一个闸板式阀门0.5a d ⎛⎫

= ⎪⎝⎭，当两水箱的水位差H 为1.0m 时，试求管内通

过的流量为若干？

;47kN .0A p P ;0kN .0A p P ;41kN .1A p P 3-32-21-1 (2) / 18.3A Q v m/s; 8.49 A Q

v m/s; 2.82 A Q v / 15.02/)(Q 213332221113

332221113312231=⋅==⋅==⋅=======

=+=∴=+：求各断面的动水总压力体，断面间的水体作为控制和，以）解：（s m s m Q Q Q Q Q ，方向向左。

力为即：水流对管壁的作用方向写动量方程：

）沿（流入动量1.017kN kN 07.1R v Q )v Q (cos30v 2Q R P P x 3x 113322x 31-=∴⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎣⎡---=--

ρ

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