1、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】
2、力学相似的条件:几何相似:原型和模型所有相应线段的长度维持一定比例。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。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:, 紊流光滑面;+ , 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
3、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:各条管道在分叉点和汇合点之间的水头损失相等;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):下游水位高于堰顶;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
4、紊流运动中,可划分为三个区: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;过渡层:介于粘性底层与紊流核心区之间的过渡层;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: 当,; 其中,即B管的液面低于A的。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
5、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:, 薄壁堰;, 实用堰;, 宽顶堰。根据
6、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
7、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:层流区:,即层流到紊流过渡区:无规律;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
8、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: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。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
9、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11、22,列11、22的能量方程:-选取控制体,建立坐标系,在方向:-由代入:【点
10、评】考察连续性方程、能量方程以及动量方程。注意以下两点: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。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。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。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。
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