河海大学研究生考试水力学真题答案.docx

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河海大学研究生考试水力学真题答案

河海大学2007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。

2．×

【参考答案】根据，一般来言，>0，则>，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。

【点评】对于公式的特殊情况一定要牢记。

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】根据粘性底层厚度与绝对粗糙度的对比可将紊流壁面分为以下三类：

①<，紊流光滑面；

②<<+，紊流过渡粗糙面；

③>+，紊流粗糙面。

对固定管道，绝对粗糙度是确定的；但粘性底层厚度和过渡层的厚度随变化。

5．×

【参考答案】根据通过泄水建筑物的几个不同的流量计算相应的、，并确定，使为最大值所对应的流量作为计算消力池深度的设计流量，而消力池长度则取最大流量作为设计流量。

6．×

【参考答案】

可做如下分析：

形水面曲线，为缓流

形水面曲线，降水曲线即为沿程减小的。

【点评】这类题都可用这种方法分析得出，先判断是缓流还是急流，再判断是降水还是雍水，利用可得出断面单位能量沿程变化情况。

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】淹没出流的条件有两个（适用于薄壁堰和实用堰）：

①下游水位高于堰顶；

②堰下游发生淹没水跃。

要同时满足这两个条件，则发生淹没出流。

9．×

【参考答案】在紊流运动中，可划分为三个区：

①粘性底层：

紧靠壁面处的极薄液层，由于壁面限制，紊动受到抑制，因此粘滞切应力占主导地位，即；

②过渡层：

介于粘性底层与紊流核心区之间的过渡层；

③紊流核心区：

很小，占主导地位。

（—两流层间时均流速相对运动产生的粘滞切应力；—由脉动引起的附加切应力）

10．×

【参考答案】

如图所示：

①当，

；

其中，，

即B管的液面低于A的。

②当

二、选择题（每题2分，共20分）

1．（4）

【参考答案】可以用排除法：

（1）流线一定互相平行。

×只有均匀流的流线才互相平行。

（2）断面平均流速必定沿程不变。

×只有均匀流的断面平均流速沿程不变。

（3）不同瞬时流线有可能相交。

×与题干中给的恒定流不相关。

（4）同一点处不同时刻的动水压强相等。

√

【点评】恒定流是当地加速度等于0，均匀流是迁移加速度为0。

恒定流是时间关系上的不变，均匀流是空间关系上的不变。

2．

（2）

【参考答案】临界水深决定于流量、过水断面形状尺寸有关，跟底坡和糙率无关，故=。

正常水深决定于流量、过水断面形状尺寸有关，跟底坡和糙率也有关，底坡越大，正常水深越小；糙率越大正常水深越大。

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】明渠均匀流满足：

；亦可以看做连通器，。

5．（3）

【参考答案】按堰顶厚度与堰前水头之比，将堰分为三类：

①，薄壁堰；

②，实用堰；

③，宽顶堰。

根据题干由，故属于实用堰。

6．（3）

根据上图：

型水面曲线中，；根据下图可判断为急流，且型水面曲线发生于陡坡，陡坡发生均匀流必为急流，所以为型水面曲线均匀流急流。

7．（4）

【参考答案】根据公式：

，所以必须、以及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；

所以，所以为急流。

10．

（1）

【参考答案】流线是某一瞬间在流场中绘出的曲线，线上各质点的速度与之相切。

（1）恒定流：

运动要素不随时间变化，故流线在恒定流中时固定不变的。

（2）流线在非均匀流中一样存在。

（3）流线仅在恒定流中总是与质点的运动轨迹相重合。

（4）流线与速度向量相切。

三、填空题（每题2分，共20分）

1．2，相对粗糙度

【参考答案】根据尼古拉兹实验（人工粗糙管）成果，可以分为以下各区：

①层流区：

，即～

②层流到紊流过渡区：

无规律；

③紊流区：

光滑区仅仅是的函数，～，～，～；

过渡区是和的函数，即；

粗糙区仅仅时的函数，与、均无关，～。

2．1：

2

【参考答案】由公式；；，可分析如下：

3．

【参考答案】根据公式；

其中；；

可分别求出、、。

【点评】经常出现的填空题，需熟练掌握计算公式。

4．，

【参考答案】考察相对压强和绝对压强以及真空压强的关系

，

其中，—绝对压强，—相对压强，—真空压强。

；

。

5．

【参考答案】根据公式：

；其中=5，=17；

式中：

—上下游水头差；—条流线将渗流区分为条流带数；—条等势线将渗流区域划分成条等势带数。

【点评】考察公式的熟练运用。

6．<，>，<

【参考答案】急流时：

，，；

缓流时：

，，。

7．平，缓，降水曲线

【参考答案】型的水深，，为一降水曲线，属于缓流。

8．，

【参考答案】；

【点评】务必熟悉这种题型求流（势）函数解法，属送分题。

9．直接水击，间接水击

【参考答案】由于阀门的关闭需要一定的时间，故可根据与的关系将水击分为两类：

①直接水击：

当时，阀门处的水击压强未受到来自上游水库反射波的影响，能够达到最大值。

②间接水击：

当时，阀门处的压强受到来自上游水库反射波的影响，不能达到最大值。

10．力学相似，

【参考答案】重力相似准则：

；

【点评】重力相似准则：

；。

四、计算题（共6题，每题15分）请将答案写在答题纸上。

1．【参考答案】由等压面可得（在等压面处左右管压强相等处列等式）：

设水的密度为，，为水银的密度。

加水后，假设右边下降高度，

则左面的上升高度为，左右的高差是；

在等压面处，左右压强相等处列：

于是可得到压差计读数为0.43。

【点评】考察水静力学中等压面原理的应用，找出对应的等压面，等压面处两边压强相等（连通）。

2．【参考答案】假设中间速度。

【点评】本题是对牛顿内摩擦力的考察，运用牛顿内摩擦定律，分清楚相对运动即可解出。

3．【参考答案】

分析过水断面1—1、2—2，列1—1、2—2的能量方程：

----------------------①

选取控制体，建立坐标系，在方向：

-------------------------------②

由①代入②：

【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通常中包括：

重力、断面压力及外力。

，具体计算看哪一项有，哪一项无。

③列能量方程时，先选基准面，再选基点。

如果有自由液面就选自由液面，基点就选在基准面处；如果是管道就选管轴心为基准面，基点就选在断面处的管轴心。

④列动量方程时，先选控制体（即水流断面及管壁包围的液体）

自己选一个坐标系，力的方向未知时先假设其方向，算得结果为正，实际力的方向就是假设的方向，负则相反。

列方程时，力与所选的坐标系正向一致时取正，不一致取负。

4．【参考答案】

画出对应的压力体图如上所示：

（2）根据力矩平衡：

【定评】考察水静力学部分内容，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哪部分液体作用。

5．【参考答案】根据明渠谢才公式：

，而

6．【参考答案】

（1）满足连续方程：

即

积分可得

（2）存在流函数：

【点评】具体步骤如下：

利用积分，求出，

再对求的导函数，与对照，求出，进一步就可求出，从而确定。

（3）不存在势函数。