【考研类试卷】水力学（水动力学基础）-试卷1及答案解析.doc

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1、水力学（水动力学基础）-试卷 1及答案解析(总分：70.00，做题时间：90 分钟)一、计算题(总题数：25，分数：50.00)1.已知流速场 （分数：2.00）_2.图 39所示收缩管段长 l=60cm，管径 D=30cm，d=15cm，通过流量 Q=03m 3 s。如果逐渐关闭闸门，使流量线性减小，在 30s内流量减为零。求在关闭闸门的第 10秒时，A 点的加速度和 B点的加速度(假设断面上流速均匀分布)。 （分数：2.00）_3.试求下列各种不同流速分布的流线和迹线。 （分数：2.00）_4.已知流体的速度分布为 u x =1一 y，u y =t。求 t=1时过(0，0)点的流线及 t=

2、0时位于(0，0)点的质点轨迹。（分数：2.00）_5.有一底坡较陡的渠道如图 3-10所示，水流为恒定均匀流，设 A点距水面的铅直水深为 35m。以过 B点的水平面为基准面计算 A点的位置水头、压强水头、测压管水头并在图上标明。 （分数：2.00）_6.如图 311所示，水流从水箱经过管径 d 1 =5cm，d 2 =25cm 的管道在 C处流人大气，已知出口断面平均流速为 1ms，求 AB管段的断面平均流速。 （分数：2.00）_7.对于不可压缩液体，下面的流动是否满足连续性条件? (1)u x =2t+2x+2y，u y =t-yz，u z =t+xz (2)u x =x 2 +xy一

3、y 2 ，u y =x 2 +y 2 ，u z =0 (3)u x =2ln(xy)， （分数：2.00）_8.如图 312所示，某一压力水管安有带水银比压计的毕托管，比压计中水银面的高差h=2cm，求 A点的流速 u A 。 （分数：2.00）_9.在一宽浅式明渠中产生均匀流，现用和比压计相连的两根毕托管量测流速，已知 A、B、C 各点位置如图313 所示， 1 =8036 Nm 3 。当毕托管位于 A、B 两点时比压计中的液面差h 1 =03m，h 1 =06m，当毕托管位于 A、C 两点时比压计中的液面差h 2 =05m。求 C点的流速 u C 。 （分数：2.00）_10.圆管水流如图

4、 314所示，已知：d A =02m，d B =04m，p A =68 6Ncm 2 ，p B =196Ncm 2 ，v B =1 ms，z=1m。试问：(1)AB 间水流的单位能量损失 h 为多少米水头? (2)水流流动方向是由 A到 B，还是由 B到 A? （分数：2.00）_11.有一渐变管，与水平面的倾角为 45，其装置如图 315所示。11 断面的管径 d 1 =200mm，22断面的管径 d 2 =100mm，两断面间距 l=2m，若重度 为 8820Nm 3 的油通过该管段，在 11断面处的流速 v 1 =2ms，水银测压计中的液位差 h=20cm。试求：(1)11 断面到 22

5、断面的水头损失 h 1-2 ；(2)判断液流流向；(3)11 断面与 22断面的压强差。 （分数：2.00）_12.铅直管如图 316所示，直径 D=10cm，出口直径 d=5cm，水流流入大气，其他尺寸如图所示。若不计水头损失，求 A、B、C 3 点的压强。 （分数：2.00）_13.如图 317所示，溢流坝过水的单宽流量 q=298m 3 s.m，已知 11断面到 cc断面过坝水流的水头损失 。求 h c 及 v c 。 （分数：2.00）_14.图 318所示为一抽水装置。利用喷射水流在喉道断面上造成的负压，可将容器 M中的积水抽出。已知 H、b、h，如不计水头损失，喉道断面面积 A 1

6、 与喷嘴出口断面面积 A 2 之间应满足什么条件才能使抽水装置开始工作? （分数：2.00）_15.文透里流量计装置如图 319所示，D=5cm，d=25cm，流量系数 =095，在水银比压计上读得h=20cm。试求：(1)管中所通过的流量；(2)若文透里管倾斜放置的角度发生变化时(其他条件均不变)，问通过的流量有无变化? （分数：2.00）_16.如图 320所示，水从 d 1 =06m 水管进入一水力机械，其入口压强 p 1 =1471kNm 2 ，出口后流入一个 d 2 =09m 的水管，此处 p 2 =3432kNm 2 ，Q=450Ls，设其间能量损失 ，求水流供给水力机械的功率。

7、（分数：2.00）_17.在测定流量用的密闭水箱中开一直径 d=2cm的孔口，为了测定水箱中的压强，安置了一个 U形水银测压管，如图 3-21所示，设 h 1 =40cm，h 2 =200cm，孔口流量系数 水头损失为 求恒定流的流量 Q(设水箱的断面面积比孔口断面面积大得多)。 （分数：2.00）_18.如图 3-22所示，一水泵产生水头 Hp一 50m，水泵吸水管从水池 A处吸水，吸水管直径 d 1 =150mm，所产生的水头损失为 ,v 1 为吸水管平均流速，水泵安装高程 z 2 =2m，出水管直径 d 2 =100mm，末端接一管嘴，直径 d 3 =76mm，管嘴中心距吸水池水面高 3

8、0m，出水管所产生的水头损失为 为出水管断面平均流速，计算：(1)管嘴 C点的射流流速 v；(2)水泵入口处 B点的压强。 （分数：2.00）_19.嵌入支座内的一段输水管，其直径由 d 1 为 15m 变化到 d 2 为 1m(图 323)，当支座前的压强 p=4个大气压(相对压强)，流量 Q为 18m 3 s 时，试确定渐变段支座所受的轴向力 R。不计水头损失。 （分数：2.00）_20.一水平管道末端装一向上弯曲的喷嘴，转角 =45，喷嘴的进口直径 d A =020m，出口直径 d B =010m，出口断面平均流速 v B =10ms，两断面中心 A、B 的高差z=02m，通过喷嘴的水头

9、损失 （分数：2.00）_21.主管水流经过一非对称分岔管，由两短支管射出，管路布置如图 326所示。出流速度 v 2 、v 3 为10ms，主管和两支管在同一水平面内，忽略阻力。(1)求水体作用在管体上的 x和 y方向力的大小；(2)管径为 10cm支管应与 x轴交成何角度才使作用力的方向沿着主管轴线? （分数：2.00）_22.如图 327所示，一矩形渠道宽 4m，渠中设有薄壁堰，堰顶水深 1 m，堰高 2m，下游尾水深 08m，已知通过的流量 Q=68m 3 s，堰后水舌内外均为大气，试求堰壁上所受动水总压力(上、下游河底为平底，河底摩擦阻力可忽略)。 （分数：2.00）_23.不可压缩

10、无黏性的液体从平板闸门下缘下泄。液体的密度为 ，其他量如图 328所示，为使闸门 AB不致被液流冲走，试确定闸门 AB每单位宽度需施加的支撑力 R与 (重度)、h 1 、h 2 的关系式。 （分数：2.00）_24.水箱上装一圆柱形内管嘴，管嘴断面面积为 A，经管嘴出流的水股收缩断面面积为 A c ，则收缩系数 （分数：2.00）_25.一射流的流速 v=30ms，流量 Q=0036m 3 s，被一垂直于射流轴线的平板截去其流量的一部分(Q 1 =0012m 3 s)，并使射流的剩余部分偏转角度 ，如图 330所示。若不计摩擦力及液体重量的影响，试求射流对平板的作用力及射流偏转角 。(注：射流

11、流动在同一水平面上) （分数：2.00）_二、判断题请判断下列各题正误(总题数：10，分数：20.00)26.渐变流与急变流均属非均匀流。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误27.急变流不可能是恒定流。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误28.扩散管道中的水流一定是非恒定流。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误29.非恒定流一定是非均匀流。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误30.水流总是从高处向低处流动。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误31.测管水头线沿程可以上升、可以下降、也可以不变。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误32.测压管水头线可以高于总水

12、头线。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误33.管轴高程沿流向增大的等直径管道中的有压管流，其管轴压强沿流向增大。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误34.实际液体恒定总流中总水头线总是沿流程下降的。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误35.恒定均匀管流中总水头线与测压管水头线平行。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误水力学（水动力学基础）-试卷 1答案解析(总分：70.00，做题时间：90 分钟)一、计算题(总题数：25，分数：50.00)1.已知流速场 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： a x | M,t =2+2 0(6+2 3 0+1 2 )-2 3(

13、3 0+10 1)=一58 同理 a y | M,t =一 10，a z | M,t =0， )解析：2.图 39所示收缩管段长 l=60cm，管径 D=30cm，d=15cm，通过流量 Q=03m 3 s。如果逐渐关闭闸门，使流量线性减小，在 30s内流量减为零。求在关闭闸门的第 10秒时，A 点的加速度和 B点的加速度(假设断面上流速均匀分布)。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：流量线性减小，管中流量随时间变化的表达式为 对于 A点所在的均匀流管段，管内流速为 对于 B点所在的非均匀流管段，管内流速为 )解析：3.试求下列各种不同流速分布的流线和迹线。 （分数：2.00）_正确答

14、案：(正确答案： 流线为圆心在原点的同心圆，恒定流迹线与流线重合。 )解析：4.已知流体的速度分布为 u x =1一 y，u y =t。求 t=1时过(0，0)点的流线及 t=0时位于(0，0)点的质点轨迹。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)流线 由 t=1，x=0，y=0 代入得：c=0。故所求流线方程为 y 2 一2y+2x=0 (2)先由迹线方程 将上式代入迹线方程 t=0，x=0，y=0,c 1 =0，c 2 =0所求迹线方程为 )解析：5.有一底坡较陡的渠道如图 3-10所示，水流为恒定均匀流，设 A点距水面的铅直水深为 35m。以过 B点的水平面为基准面计算 A点的位

15、置水头、压强水头、测压管水头并在图上标明。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：过 A点取过水断面 a一 a,以 B点为基准面 z A =一 35m，z a =一(35-35cos 2 30)=一 0875(m) 过水断面 a一 a“的压强符合静水压强分布，各点测压管水头相等： )解析：6.如图 311所示，水流从水箱经过管径 d 1 =5cm，d 2 =25cm 的管道在 C处流人大气，已知出口断面平均流速为 1ms，求 AB管段的断面平均流速。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：根据总流连续性方程 )解析：7.对于不可压缩液体，下面的流动是否满足连续性条件? (1)u x =

16、2t+2x+2y，u y =t-yz，u z =t+xz (2)u x =x 2 +xy一 y 2 ，u y =x 2 +y 2 ，u z =0 (3)u x =2ln(xy)， （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：8.如图 312所示，某一压力水管安有带水银比压计的毕托管，比压计中水银面的高差h=2cm，求 A点的流速 u A 。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：9.在一宽浅式明渠中产生均匀流，现用和比压计相连的两根毕托管量测流速，已知 A、B、C 各点位置如图313 所示， 1 =8036 Nm 3 。当毕托管位于 A、B 两点时比压计中的液面差h 1

17、=03m，h 1 =06m，当毕托管位于 A、C 两点时比压计中的液面差h 2 =05m。求 C点的流速 u C 。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：根据 A点的毕托管水头求 A点速度： 当毕托管处于 A、B 两点时有： 当毕托管处于 A、C 两点时有： 由于流动为均匀流 则得： )解析：10.圆管水流如图 314所示，已知：d A =02m，d B =04m，p A =68 6Ncm 2 ，p B =196Ncm 2 ，v B =1 ms，z=1m。试问：(1)AB 间水流的单位能量损失 h 为多少米水头? (2)水流流动方向是由 A到 B，还是由 B到 A? （分数：2.00）_

18、正确答案：(正确答案：设水流由 B到 A则根据能量方程有； )解析：11.有一渐变管，与水平面的倾角为 45，其装置如图 315所示。11 断面的管径 d 1 =200mm，22断面的管径 d 2 =100mm，两断面间距 l=2m，若重度 为 8820Nm 3 的油通过该管段，在 11断面处的流速 v 1 =2ms，水银测压计中的液位差 h=20cm。试求：(1)11 断面到 22断面的水头损失 h 1-2 ；(2)判断液流流向；(3)11 断面与 22断面的压强差。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：11 断面与 22断面的测压管水头差为 压强差 =423m 油柱高 设液流从 22

19、断面流向 11断面，则 )解析：12.铅直管如图 316所示，直径 D=10cm，出口直径 d=5cm，水流流入大气，其他尺寸如图所示。若不计水头损失，求 A、B、C 3 点的压强。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：以 CC面为基准面，水面 SS至 CC面的能量方程为： 水面至 AA断面能量方程为： p A =98442=433(kNm 2 ) 水面至 BB面能量方程为： )解析：13.如图 317所示，溢流坝过水的单宽流量 q=298m 3 s.m，已知 11断面到 cc断面过坝水流的水头损失 。求 h c 及 v c 。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： 11和 cc断

20、面能量方程为： 由连续性方程： q=h c v c =298 m 3 s.m 联立求解得： )解析：14.图 318所示为一抽水装置。利用喷射水流在喉道断面上造成的负压，可将容器 M中的积水抽出。已知 H、b、h，如不计水头损失，喉道断面面积 A 1 与喷嘴出口断面面积 A 2 之间应满足什么条件才能使抽水装置开始工作? （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：由水面至 11断面能量方程得： 由水面至 22断面能量方程得： 两式相比得： )解析：15.文透里流量计装置如图 319所示，D=5cm，d=25cm，流量系数 =095，在水银比压计上读得h=20cm。试求：(1)管中所通过的流量；

21、(2)若文透里管倾斜放置的角度发生变化时(其他条件均不变)，问通过的流量有无变化? （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：16.如图 320所示，水从 d 1 =06m 水管进入一水力机械，其入口压强 p 1 =1471kNm 2 ，出口后流入一个 d 2 =09m 的水管，此处 p 2 =3432kNm 2 ，Q=450Ls，设其间能量损失 ，求水流供给水力机械的功率。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： 由能量方程得： )解析：17.在测定流量用的密闭水箱中开一直径 d=2cm的孔口，为了测定水箱中的压强，安置了一个 U形水银测压管，如图 3-21所示，设 h 1 =

22、40cm，h 2 =200cm，孔口流量系数 水头损失为 求恒定流的流量 Q(设水箱的断面面积比孔口断面面积大得多)。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：管中心压强 p 1 = m h 1 列 1-1断面和 2-2断面能量方程： )解析：18.如图 3-22所示，一水泵产生水头 Hp一 50m，水泵吸水管从水池 A处吸水，吸水管直径 d 1 =150mm，所产生的水头损失为 ,v 1 为吸水管平均流速，水泵安装高程 z 2 =2m，出水管直径 d 2 =100mm，末端接一管嘴，直径 d 3 =76mm，管嘴中心距吸水池水面高 30m，出水管所产生的水头损失为 为出水管断面平均流速，计

23、算：(1)管嘴 C点的射流流速 v；(2)水泵入口处 B点的压强。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：以 0-0为基准面，1-1 断面和 33断面能量方程为： 而 代入并解得：v 2 =876ms，v 1 =219ms 由 11断面和 22断面能量方程得： )解析：19.嵌入支座内的一段输水管，其直径由 d 1 为 15m 变化到 d 2 为 1m(图 323)，当支座前的压强 p=4个大气压(相对压强)，流量 Q为 18m 3 s 时，试确定渐变段支座所受的轴向力 R。不计水头损失。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：取如图 324所示的脱离体： 由 11断面和 22断面能量

24、方程得： 解得： p 2 =3899kNm 2 由动量方程得：P 1 一 P 2 一 R=Q( 2 v 2 一 1 v 1 )取 1 2 1 得： R=P 1 一 P 2 一 Q(v 2 一 v 1 ) )解析：20.一水平管道末端装一向上弯曲的喷嘴，转角 =45，喷嘴的进口直径 d A =020m，出口直径 d B =010m，出口断面平均流速 v B =10ms，两断面中心 A、B 的高差z=02m，通过喷嘴的水头损失 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：取如图 325所示脱离体，由 AB两断面能量方程得： 取 A B 1 代入已知数据解得： p A =73835Nm 2 由 x方向

25、动量方程： P A R x =Q(v Bx 一 v A ) 解得： R x =19606N 由 y方向动量方程： 一 G+R y =Q(v By 一 0),R y =Qv B sin45+G 解得： 水流作用于喷嘴上的作用力 F与 R大小相等，方向相反。 )解析：21.主管水流经过一非对称分岔管，由两短支管射出，管路布置如图 326所示。出流速度 v 2 、v 3 为10ms，主管和两支管在同一水平面内，忽略阻力。(1)求水体作用在管体上的 x和 y方向力的大小；(2)管径为 10cm支管应与 x轴交成何角度才使作用力的方向沿着主管轴线? （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1) 由

26、11断面和 22断面能量方程得： 由 x方向动量方程： P 1 一 R x =Q 2 v 2 cos5+Q 3 v 3 cos30一 Q 1 v 1 R x =P 1 一 (Q 2 v 2 cos5+Q 3 v 3 cos30一 Q 1 v 1 )=14452(N) 由 y方向动量方程： R y =Q 3 v 3 sin30一 Q 2 v 2 sin5=15258(N) 液体对管体的作用力 F x 、F y 的方向与 R x 、R y 相反，大小相等。 (2)设管径为 10cm支管与主管轴线成 角，能使作用力的方向沿主管轴线，此时 R y =0，由 y方向动量方程得： )解析：22.如图 32

27、7所示，一矩形渠道宽 4m，渠中设有薄壁堰，堰顶水深 1 m，堰高 2m，下游尾水深 08m，已知通过的流量 Q=68m 3 s，堰后水舌内外均为大气，试求堰壁上所受动水总压力(上、下游河底为平底，河底摩擦阻力可忽略)。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：由 x方向动量方程得： 取 1 2 =1 )解析：23.不可压缩无黏性的液体从平板闸门下缘下泄。液体的密度为 ，其他量如图 328所示，为使闸门 AB不致被液流冲走，试确定闸门 AB每单位宽度需施加的支撑力 R与 (重度)、h 1 、h 2 的关系式。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)由连续性方程得： (2)由 1-1

28、断面和 2-2断面的能量方程得： (3)由动量方程得： P 1 一 P 2 一 R=q( 2 v 2 一 1 v 1 ) )解析：24.水箱上装一圆柱形内管嘴，管嘴断面面积为 A，经管嘴出流的水股收缩断面面积为 A c ，则收缩系数 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：取 C-C断面以左整个水箱内的水体为脱离体如图 3-29所示，由水平方向的动量方程得： F x =Qv c =A c v c 2 (1) 除圆孔以外的水箱侧壁压强左右抵消， 所以F x =P 1 =AH 由水面至 c-c断面能量方程得： )解析：25.一射流的流速 v=30ms，流量 Q=0036m 3 s，被一垂直于射流

29、轴线的平板截去其流量的一部分(Q 1 =0012m 3 s)，并使射流的剩余部分偏转角度 ，如图 330所示。若不计摩擦力及液体重量的影响，试求射流对平板的作用力及射流偏转角 。(注：射流流动在同一水平面上) （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：分别写 0-0断面与 1-1断面，22 断面的能量方程，得： v 1 =v 2 =v=30ms(位能、压能相同，损失为 0) Q 2 =QQ 1 =0036 一 0012=0024(m 3 s) 由 y方向动量方程得： F y =0=Q 1 v 1 一 Q 2 v 2 sin )解析：二、判断题请判断下列各题正误(总题数：10，分数：20.00)

30、26.渐变流与急变流均属非均匀流。 ( )（分数：2.00）A.正确 B.错误解析：27.急变流不可能是恒定流。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误 解析：28.扩散管道中的水流一定是非恒定流。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误 解析：29.非恒定流一定是非均匀流。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误 解析：30.水流总是从高处向低处流动。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误 解析：31.测管水头线沿程可以上升、可以下降、也可以不变。 ( )（分数：2.00）A.正确 B.错误解析：32.测压管水头线可以高于总水头线。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误 解析：33.管轴高程沿流向增大的等直径管道中的有压管流，其管轴压强沿流向增大。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误 解析：34.实际液体恒定总流中总水头线总是沿流程下降的。 ( )（分数：2.00）A.正确 B.错误解析：35.恒定均匀管流中总水头线与测压管水头线平行。 ( )（分数：2.00）A.正确 B.错误解析：