1、流体力学（明渠水流、堰流与渗流）历年真题试卷汇编 2 及答案解析(总分：54.00，做题时间：90 分钟)一、判断题请判断下列各题正误(总题数：1，分数：2.00)1.(西南交通大学 2003-2004 学年第 1 学期期末考试试题 A 卷)明渠均匀流的渠底坡度、水面线坡度和总水头线坡度恒相等。（分数：2.00）A.正确B.错误二、单项选择题(总题数：7，分数：14.00)2.单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。（分数：2.00）_3.(扬州大学 2005-2006 学年第 2 学期期末考试试题)明渠水流中发生 b 2 型水面曲线，则该水流为( )。（分数：2.00）A.均匀
2、的缓流B.均匀的急流C.非均匀的缓流D.非均匀的急流4.(扬州大学 2005-2006 学年第 2 学期期末考试试题)渗流的达西定律适用的条件，除渗透介质是均质各向同性外，还要满足( )。（分数：2.00）A.恒定非均匀渐变流B.恒定非均匀层流C.恒定均匀紊流D.恒定均匀层流5.(扬州大学 20042005 学年第 2 学期期末考试试题)某陡坡渠道，临界水深为 15m，正常水深为10m，当实际水深为 13m 时所发生的水面曲线为( )。（分数：2.00）A.a 1B.a 2C.b 1D.b 26.(西南交通大学 2003-2004学年第 1 学期期末考试试题 A 卷)完全潜水井的产水量 Q 与
3、( )。（分数：2.00）A.渗流系数 k 成正比B.井的半径 r 0 成正比C.含水层厚度 H 成正比D.影响半径 R 成正比7.(扬州大学 2005-2006 学年第 2 学期期末考试试题)有两条梯形断面渠道 1 和 2，已知其底坡、边坡系数、糙率和底宽相同，但流量 Q 1 Q 2 ，则其均匀流水深 h 1 和 h 2 的关系为( )。（分数：2.00）A.h 1 h 2B.h 1 h 2C.h 1 =h 2D.无法确定8.(扬州大学 2004-2005 学年第 2 学期期末考试试题)临界坡明渠中的均匀流是( )。（分数：2.00）A.缓流B.急流C.临界流D.可以是急流或缓流三、填空题(
4、总题数：6，分数：12.00)9.填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。（分数：2.00）_10.(扬州大学 20052006 学年第 2 学期期末考试试题)平底水闸闸下出流的水跃淹没系数表示的是_和_比值。（分数：2.00）_11.(扬州大学 20042005 学年第 2 学期期末考试试题)有一溢流堰，堰顶厚度为 10m，堰上水头为 2m，则该堰流属于_；堰上总水头 H 0 =2m，下游水位超过堰顶的高度 h s =14m，此时堰流为_出流。（分数：2.00）_12.(扬州大学 20042005 学年第 2 学期期末考试试题)渗流达两公式的适用条件为_，渗流杜比公式与渗流达西公式
5、的区别在于_。（分数：2.00）_13.(扬州大学 2005-2006 学年第 2 学期期末考试试题)明渠层流的流速分布为_形；而恒定渐变渗流的流速分布为_形。（分数：2.00）_14.(扬州大学 2004-2005 学年第 2 学期期末考试试题)正坡明渠渐变水流的水面曲线共_条，而正坡地下河槽中渐变渗流的浸润曲线共_条。（分数：2.00）_四、解答题(总题数：13，分数：26.00)15.(西南交通大学 2003-2004 学年第 2 学期期末考试试题 B 卷)用长管从水池引水到下游长直棱柱形水力最优矩形断面渠道。已知上游管道流量 Q=084m 3 s，下游渠道底坡 i=0002，渠壁糙率
6、n=002。试求渠道的断面尺寸。（分数：2.00）_16.(西南交通大学 2003-2004 学年第 1 学期期末考试试题 A 卷)试设计一矩形断面小桥孔径 B。已知设计流量 Q=30m 3 s，桥下游水深 h=11 m，桥下铺砌的允许流速 v“=35ms，桥前允许壅水水深H“=15m，选定小桥进口形式后知 e=085，=090，取动能修正系数 =10。（分数：2.00）_17.(西南交通大学 2003-2004 学年第 1 学期期末考试试题 A 卷)试设计一长直梯形断面运河的底宽 b 和底坡 i。已知流量 Q=30m 3 s，边坡系数 m=15，糙率系数 n=0025，由于航运，要求流速 v
7、=08ms，水深 h=20m。（分数：2.00）_18.(扬州大学 2005-2006 学年第 2 学期期末考试试题)如图 1023 所示，在矩形断面河道上，有一单孔的与渠道等宽的泄水闸，已知闸前水深 H=4m，闸门开度 e=1m，闸下游水深 h 1 =2m，闸门宽度 b=2m，闸门的流速系数 =098，堰流的流量系数 m=034，闸孔出流的流量系数 =060018eH，不计行进流速，试求： (1)通过水闸的流量，并判别闸下是自由出流还是淹没出流。 (2)判断闸下游的水流衔接形式并判断闸下是否要建消能工。 （分数：2.00）_19.(扬州大学 20052006 学年第 2 学期期末考试试题)已
8、知一矩形渠道糙率 n=002，底坡 i=00001，临界水深为 h k =5m，在发生均匀流时，过水断面形状满足水力最优(佳)断面。求： (1)均匀流时渠道通过的流量。 (2)均匀流时渠道断面尺寸。（分数：2.00）_20.(扬州大学 2004-2005 学年第 2 学期期末考试试题)已知一矩形渠道糙率 n=002，底坡 i=00001，底宽 b=4m，在发生均匀流时，过水断面形状满足水力最优(佳)断面。求：(1)均匀流时渠道通过的流量。(2)均匀流时佛洛德数及临界水深。（分数：2.00）_21.(北京航空航天大学 2007 年考研试题)如图 114 所示，某压气机实验台用一台涡喷发动机输出的
9、燃气驱动一个独立的动力涡轮，动力涡轮再推动实验压气机。求： (1)动力涡轮的输出功率。 (2)动力涡轮支架受到的 y 方向气动力的大小和方向(热收缩软管 在 y 方向不传递拉力)。 已测得：在发动机尾喷口 1处，直径 D=0607m，燃气总温 T * =795K，静压 p=1914610 5 Pa，流量 =22kgs。在动力涡轮后的尾喷口 3 处，燃气总温 T * =708K。设流动为一维定常数，全流道无散热损失，无总压损失，比热比 k=133，气体常数 R=2874JkgK，常数 K=00397( m)，气动函数见下表。 （分数：2.00）_22.(北京航空航天大学 2007 年考研试题)如
10、图 115 所示，一个内流超声速流动实验台的亚声速减速流动实验。上游来流在截面 00 处为均匀的超声速流，而在分流涵道的进口截面 11 处发现有一道正激波。求在等横截面积分流涵道的内部 2 处的静温 T 2 。 设除激波以外，流动为绝能等熵的。已知完全气体的比热比 k=14，气体常数 R=2870 6J(kg.K)，气动函数表和正激波表见下表，M 为马赫数。已测得来流 0 处气流的总压为 p 0 =7101 325Pa，总温为 T 0 =300K，2 处的静压为 p 2 =3006101325Pa。 （分数：2.00）_23.(北京航空航天大学 2005 年考研试题)如图 116 所示为一几何
11、不可变的内压式超音速进气道。其进口面积为 A，设计飞行马赫数 Ma d 为 166，喉道面积 A t 的取值使在设计飞行状态下喉道为音速流动。现为使这个进气道起动，即令进气道吞入其进口前的正激波，采用飞行加速法。问飞行至少加速到多大马赫数 Ma stort 时，激波才可吞入?设除激波有总压恢复系数 (Ma)以外流动是等熵的。气动函数见下表，不必插值计算。 （分数：2.00）_24.(北京航空航天大学 2005 年考研试题)有一高压空气罐通过一个收缩喷管向环境大气喷射空气。根据一维气动理论，当喷管出口从超音速喷气转变为亚音速喷气的瞬间，喷管出口处气流总压与环境大气压之比为 p 2 * Pa=18
12、929。试推导在此刻以前维持超音速喷气的总时间 t 的表达式。已知，罐内空气为完全气体，其比热比为 k=14，气体常数为 R=28706J(kg.K)，流动无损失，罐内和流动的总温和总压是空间均匀的。罐的体积为 V，罐内的总温为 T * ，喷气开始时罐内的总压为 p 1 * ，喷管出口面积 A。（分数：2.00）_25.(重庆大学 2008 年考研试题)用文丘里流量计量测空气(绝热指数 k=14，气体常数 R=2873J(kg.K)的质量流量。已知进口断面的直径为 d 1 =400mm，绝对压强为 p 1 =140kNm 2 ，温度为 T=18，喉部断面 d 2 =150mm，p 2 =116
13、kNm 2 ，假定流动为一元恒定等熵气流，求通过流量计的质量流量。（分数：2.00）_26.(重庆大学 2007 年考研试题)理想完全气体从高压容器中经一收缩喷管中流出，气体作等熵流动，已知喷管出口直径 d=10mm、绝对压强 p=10510 5 Nm 2 、温度 t=30，气体的滞止压强 p 0 =1510 5 Nm 2 ，试确定喷管的质量流量以及高压容器中的气体的压强和温度(k=14，R=287Jkg.K)。（分数：2.00）_27.(湖南大学 2007 年考研试题)如图 117 所示，水箱右下部连一文丘里管，喉管直径为 d c ，喉管前后段管径为 d，喉管中部距液面高差为 H dc ，管
14、道出口距液面高差为 H，当地大气压强为 p a ，与水同温度下的水的气化压强为 p“，试确定文丘里管正常工作的条件(不考虑流动损失)。 （分数：2.00）_流体力学（明渠水流、堰流与渗流）历年真题试卷汇编 2 答案解析(总分：54.00，做题时间：90 分钟)一、判断题请判断下列各题正误(总题数：1，分数：2.00)1.(西南交通大学 2003-2004 学年第 1 学期期末考试试题 A 卷)明渠均匀流的渠底坡度、水面线坡度和总水头线坡度恒相等。（分数：2.00）A.正确 B.错误解析：二、单项选择题(总题数：7，分数：14.00)2.单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。（分
15、数：2.00）_解析：3.(扬州大学 2005-2006 学年第 2 学期期末考试试题)明渠水流中发生 b 2 型水面曲线，则该水流为( )。（分数：2.00）A.均匀的缓流B.均匀的急流C.非均匀的缓流D.非均匀的急流 解析：4.(扬州大学 2005-2006 学年第 2 学期期末考试试题)渗流的达西定律适用的条件，除渗透介质是均质各向同性外，还要满足( )。（分数：2.00）A.恒定非均匀渐变流B.恒定非均匀层流C.恒定均匀紊流D.恒定均匀层流 解析：5.(扬州大学 20042005 学年第 2 学期期末考试试题)某陡坡渠道，临界水深为 15m，正常水深为10m，当实际水深为 13m 时所
16、发生的水面曲线为( )。（分数：2.00）A.a 1B.a 2C.b 1D.b 2 解析：6.(西南交通大学 2003-2004学年第 1 学期期末考试试题 A 卷)完全潜水井的产水量 Q 与( )。（分数：2.00）A.渗流系数 k 成正比 B.井的半径 r 0 成正比C.含水层厚度 H 成正比D.影响半径 R 成正比解析：7.(扬州大学 2005-2006 学年第 2 学期期末考试试题)有两条梯形断面渠道 1 和 2，已知其底坡、边坡系数、糙率和底宽相同，但流量 Q 1 Q 2 ，则其均匀流水深 h 1 和 h 2 的关系为( )。（分数：2.00）A.h 1 h 2 B.h 1 h 2C
17、.h 1 =h 2D.无法确定解析：8.(扬州大学 2004-2005 学年第 2 学期期末考试试题)临界坡明渠中的均匀流是( )。（分数：2.00）A.缓流B.急流C.临界流 D.可以是急流或缓流解析：三、填空题(总题数：6，分数：12.00)9.填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。（分数：2.00）_解析：10.(扬州大学 20052006 学年第 2 学期期末考试试题)平底水闸闸下出流的水跃淹没系数表示的是_和_比值。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：下游水深收缩断面跃后水深)解析：11.(扬州大学 20042005 学年第 2 学期期末考试试题)有一溢流堰，堰顶厚
18、度为 10m，堰上水头为 2m，则该堰流属于_；堰上总水头 H 0 =2m，下游水位超过堰顶的高度 h s =14m，此时堰流为_出流。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：宽顶堰 自由出流)解析：12.(扬州大学 20042005 学年第 2 学期期末考试试题)渗流达两公式的适用条件为_，渗流杜比公式与渗流达西公式的区别在于_。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：层流均匀渗流 达西公式适用于均匀渗流而杜比公式适用与非均匀渐变渗流)解析：13.(扬州大学 2005-2006 学年第 2 学期期末考试试题)明渠层流的流速分布为_形；而恒定渐变渗流的流速分布为_形。（分数：2.00）_正
19、确答案：(正确答案：抛物线 矩)解析：14.(扬州大学 2004-2005 学年第 2 学期期末考试试题)正坡明渠渐变水流的水面曲线共_条，而正坡地下河槽中渐变渗流的浸润曲线共_条。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：8 2)解析：四、解答题(总题数：13，分数：26.00)15.(西南交通大学 2003-2004 学年第 2 学期期末考试试题 B 卷)用长管从水池引水到下游长直棱柱形水力最优矩形断面渠道。已知上游管道流量 Q=084m 3 s，下游渠道底坡 i=0002，渠壁糙率 n=002。试求渠道的断面尺寸。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：将水力最优条件 =bh=2，R=
20、h2 代入 Q=Av=bh R 2/3 i 1/2 ，得： h= )解析：16.(西南交通大学 2003-2004 学年第 1 学期期末考试试题 A 卷)试设计一矩形断面小桥孔径 B。已知设计流量 Q=30m 3 s，桥下游水深 h=11 m，桥下铺砌的允许流速 v“=35ms，桥前允许壅水水深H“=15m，选定小桥进口形式后知 e=085，=090，取动能修正系数 =10。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：从 v=v“出发进行设计。 (1)判别流动状态：h k =1*=0903m。因 13h k =117m=11 m，故小桥过流为自由式。 (2)计算孔径：b= =1314m。取标准孔
21、径 B=16m。 (3)校核：h“ k = =0792m。13h“ k =103mh，已转为淹没式过流。 可见，v= )解析：17.(西南交通大学 2003-2004 学年第 1 学期期末考试试题 A 卷)试设计一长直梯形断面运河的底宽 b 和底坡 i。已知流量 Q=30m 3 s，边坡系数 m=15，糙率系数 n=0025，由于航运，要求流速 v=08ms，水深 h=20m。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：18.(扬州大学 2005-2006 学年第 2 学期期末考试试题)如图 1023 所示，在矩形断面河道上，有一单孔的与渠道等宽的泄水闸，已知闸前水深 H=4m，闸门开
22、度 e=1m，闸下游水深 h 1 =2m，闸门宽度 b=2m，闸门的流速系数 =098，堰流的流量系数 m=034，闸孔出流的流量系数 =060018eH，不计行进流速，试求： (1)通过水闸的流量，并判别闸下是自由出流还是淹没出流。 (2)判断闸下游的水流衔接形式并判断闸下是否要建消能工。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：因为 eH=14=025065，所以是闸孔出流。 可得： =060 一018eH=060018025=0555 由于忽略行近流速，所以： H=H 0 假定自由出流，则： )解析：19.(扬州大学 20052006 学年第 2 学期期末考试试题)已知一矩形渠道糙率
23、n=002，底坡 i=00001，临界水深为 h k =5m，在发生均匀流时，过水断面形状满足水力最优(佳)断面。求： (1)均匀流时渠道通过的流量。 (2)均匀流时渠道断面尺寸。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：20.(扬州大学 2004-2005 学年第 2 学期期末考试试题)已知一矩形渠道糙率 n=002，底坡 i=00001，底宽 b=4m，在发生均匀流时，过水断面形状满足水力最优(佳)断面。求：(1)均匀流时渠道通过的流量。(2)均匀流时佛洛德数及临界水深。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)水力最优断面时，水深 h=2m，则水力半径： )解析：21.(
24、北京航空航天大学 2007 年考研试题)如图 114 所示，某压气机实验台用一台涡喷发动机输出的燃气驱动一个独立的动力涡轮，动力涡轮再推动实验压气机。求： (1)动力涡轮的输出功率。 (2)动力涡轮支架受到的 y 方向气动力的大小和方向(热收缩软管 在 y 方向不传递拉力)。 已测得：在发动机尾喷口 1处，直径 D=0607m，燃气总温 T * =795K，静压 p=1914610 5 Pa，流量 =22kgs。在动力涡轮后的尾喷口 3 处，燃气总温 T * =708K。设流动为一维定常数，全流道无散热损失，无总压损失，比热比 k=133，气体常数 R=2874JkgK，常数 K=00397(
25、 m)，气动函数见下表。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：由题意知 Q=0，则： W=一 E )解析：22.(北京航空航天大学 2007 年考研试题)如图 115 所示，一个内流超声速流动实验台的亚声速减速流动实验。上游来流在截面 00 处为均匀的超声速流，而在分流涵道的进口截面 11 处发现有一道正激波。求在等横截面积分流涵道的内部 2 处的静温 T 2 。 设除激波以外，流动为绝能等熵的。已知完全气体的比热比 k=14，气体常数 R=2870 6J(kg.K)，气动函数表和正激波表见下表，M 为马赫数。已测得来流 0 处气流的总压为 p 0 =7101 325Pa，总温为 T 0
26、 =300K，2 处的静压为 p 2 =3006101325Pa。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：由题意知，p 2 p * =30067=04294。对照气动函数表，查得马赫数为246。 同样对照气动函数表查的另两个数据 TT * =04524，T 2 T 1 =20982。因此有： T 2 T * =0452420982=09492 由题意知 T * =300K，故： T 2 =28476(K)解析：23.(北京航空航天大学 2005 年考研试题)如图 116 所示为一几何不可变的内压式超音速进气道。其进口面积为 A，设计飞行马赫数 Ma d 为 166，喉道面积 A t 的取值
27、使在设计飞行状态下喉道为音速流动。现为使这个进气道起动，即令进气道吞入其进口前的正激波，采用飞行加速法。问飞行至少加速到多大马赫数 Ma stort 时，激波才可吞入?设除激波有总压恢复系数 (Ma)以外流动是等熵的。气动函数见下表，不必插值计算。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：q(Ma d )=07686，只需 ( 3 )=q(Ma d )时激波被吞入，因此： ( 3 )=g( 3 )( 3 ) 在表中，体现为 q(Ma 3 )(Ma 3 )=07686，即： Ma=242)解析：24.(北京航空航天大学 2005 年考研试题)有一高压空气罐通过一个收缩喷管向环境大气喷射空气。根
28、据一维气动理论，当喷管出口从超音速喷气转变为亚音速喷气的瞬间，喷管出口处气流总压与环境大气压之比为 p 2 * Pa=18929。试推导在此刻以前维持超音速喷气的总时间 t 的表达式。已知，罐内空气为完全气体，其比热比为 k=14，气体常数为 R=28706J(kg.K)，流动无损失，罐内和流动的总温和总压是空间均匀的。罐的体积为 V，罐内的总温为 T * ，喷气开始时罐内的总压为 p 1 * ，喷管出口面积 A。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：25.(重庆大学 2008 年考研试题)用文丘里流量计量测空气(绝热指数 k=14，气体常数 R=2873J(kg.K)的质量流量
29、。已知进口断面的直径为 d 1 =400mm，绝对压强为 p 1 =140kNm 2 ，温度为 T=18，喉部断面 d 2 =150mm，p 2 =116kNm 2 ，假定流动为一元恒定等熵气流，求通过流量计的质量流量。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：26.(重庆大学 2007 年考研试题)理想完全气体从高压容器中经一收缩喷管中流出，气体作等熵流动，已知喷管出口直径 d=10mm、绝对压强 p=10510 5 Nm 2 、温度 t=30，气体的滞止压强 p 0 =1510 5 Nm 2 ，试确定喷管的质量流量以及高压容器中的气体的压强和温度(k=14，R=287Jkg.K)。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：27.(湖南大学 2007 年考研试题)如图 117 所示，水箱右下部连一文丘里管，喉管直径为 d c ，喉管前后段管径为 d，喉管中部距液面高差为 H dc ，管道出口距液面高差为 H，当地大气压强为 p a ，与水同温度下的水的气化压强为 p“，试确定文丘里管正常工作的条件(不考虑流动损失)。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：对液面及喉管所在断面列能量方程： )解析：
