水力学考研试题

1、水流经过一渐缩圆管道，若已知直径比d 1/d 2=2，其雷诺数之比Re 1/Re 2= 1:2 。

2、在管道断面突然扩大处，测压管水头线沿程 上升 。

3、有两条梯形断面渠道，已知其流量、边坡系数、糙率和底宽均相同，但底坡1i ＞2i ，则其均匀流水深0201h h 和的关系为 h 01＜h 02 。

4、有一溢流堰，堰顶厚度为2m ，堰上水头为2m ，则该堰流属于 实用 堰流。

5、液体的粘性系数随温度的增加而减小，气体的粘性系数随温度的增加而增大 。

6、有一水泵装置，其吸水管中某点的绝对压强水头为6m 水柱高，当地大气压为一个工程大气压，其相应的相对压强值和真空压强值分别等于 -4m 、4m 水柱高。

7、在有压管流的管壁上开一个小孔，如果没有液体从小孔流出，且向孔内吸气，这说明小孔内的相对压强 小于 零。如在小孔处安装一个测压管，则管中液面将 低于 小孔的位置。

1、在密闭容器上装有U 型水银压差计，其中1、

2、3点位于同一水平面上（如图8所示），其压强关系为（ C ）。

A 、1p ＞2p ＞3p ；

B 、1p ＝2p ＝3p ；

C 、1p ＜2p ＜3p ；

D 、2p ＜1p ＜3p 。

2如图9所示，抽水机吸水管断面A －A 动水压强随抽水机安装高度h 的增大而（ B ）。

A 、增大；

B 、减小；

C 、不变；

D 、不定。

3、流线与迹线，在通常情况下：（ C ）。

A 、能相交，也能相切；

B 、仅能相交，但不能相切；

C 、仅能相切，但不能相交；

D 、既不能相交，也不能相切。

4、速度υ、密度ρ和压强p 的无量纲集合是：（D ）。

A 、υρp ；

B 、p ρυ；

C 、ρ

υ2

p ； D 、2ρυp 。 5、有一圆管层流，实测管轴上流速为s m /4.0，则断面平均流速为：（ C ）。

A 、s m /4.0；

B 、s m /32.0；

C 、s m /2.0；

D 、s m /1.0。

6、边界层内的流动特点之一是：（ B ）。

A 、粘性力比惯性力重要；

B 、粘性力与惯性力量级相等；

C 、压强变化可忽略；

D 、流动速度比外部势流小。

7、均匀流的总水头线与测压管水头线的关系是（ A ）。

A 、互相平行的直线；

B 、互相平行的曲线；

C 、互不平行的直线；

D 、互不平行的曲线。

8、在均质各向同性土壤中，渗流系数k ：（ D 还与温度有关 ）。

A 、在各点处数值不同；

B 、是个常量；

C 、数值随方向变化；

D 、以上三种答案都不对。

9、直接水击是指有压管道末端阀门处的最大水击压强：（ A ）。

A 、不受来自上游水库反射波的影响；

B 、受来自上游水库反射波的影响；

C 、受阀门反射波的影响；

D 、不受管道长度的影响。

10、谢才系数C 与沿程阻力系数λ的关系为：（ D ）。

A 、成正比与λC ；

B 、成正比与λ1

C ；C 、成正比与2λC ；

D 、成正比与λ

1C 。 18、根据牛顿内摩擦定律，说明内摩擦力与哪些因素有关？在书上P6~8，

（1）“写上公式（0.4）”

（2）影响因素为：与流速梯度成正比，还与液体的性质有关。

答：牛顿内摩擦定律公式τ=η×du/dy ，其中：η为随液体种类不同而异的比例系数，称为动力粘度，简称粘度。du/dy 为两液层间流速增加与其距离的比值，称为流速梯度。牛顿内摩擦定律表述为：作为层流运动的液体，相邻液层间单位面积上所作用的内摩擦力（或粘滞力），与流速梯度成正比，同时与液体的性质有关。

液体的性质对摩擦力的影响，通过粘度η来反应，粘性大的液体η值大，粘性小的液体η值小，单位Pa ·s ，同一种液体中η值随温度和压力而异。

19、简单阐述流线与迹线的区别，并请写出它们分别用于哪种研究流体运动的方法？在书上P66~67，

答：（1）迹线：某一液体质点在运动过程中，不同时刻所流经的空间点所连成的线称为迹线。即迹线就是液体质点运动时所走过的轨迹线。

流线与迹线不同，它是某一瞬间时在流场中绘出的一条曲线，在该曲线上所有各点的速度向量都与该曲线相切。所以流线表示出了瞬间的流动方向。

（2）迹线：拉格朗日法（以研究个别液体质点的运动为基础，通过对每个液体质点运动规律的研究来获取整个液体运动的规律性，又叫质点系法）

流线：欧拉法（以考察不同液体质点通过固定的空间点运动情况来了解整个流动空间内的运动情况，即着眼于研究各种运动要素的分布场，又叫流场法）

20、写出伯努利方程，并说明方程中各各项的物理意义和水头名称。

在书上P73~74，P79~80，式（2.18）,相信自己能够完成

答：理想液体微小流束伯努利方程：z+p/ρg+u2/2g=C

（不可压缩理想液体恒定流微小流束伯努利方程：z 1+p1/ρg+u12/2g= z2+p2/ρg+u22/2g）其中，液体在某一处的几何高度z代表总流过水断面上单位重量液体的平均位能，称为位置水头；p/ρg代表过水断面上单位重量液体的平均压能，称为压强水头，它反映了过水断面上各点平均动水压强所对应的压强高度，(z+p/ρg)称为测压管水头；u2/2g代表过水断面上单位重量液体的所具有的平均动能，称为流速水头。

单位重量液体的所具有的总机械能（即位能、压能、动能的总和）称为总水头。实际液体中还有水头损失h w。H=z+p/ρg+αv2/2g+h w

21、由层流变化到紊流过程中，可以分为哪五个阻力区？在各个阻力区中，沿程损失系数λ与哪些因素有关？书上P143~144

答：（1）层流区：当Re＜2000时，沿程阻力系数λ与雷诺数Re成反比,关系为直线λ=64/Re，与相对光滑度r0/?无关；

（2）层流进入湍流的过渡区：当2000＜Re＜4000时，λ仅与Re有关，与相对光滑度r0/?无关；

（3）水力光滑管区：(Re＞4000时，液态进入湍流。当Re较小时，粘性底层较厚，可以淹没Δ)λ=f（Re），与绝对粗糙度Δ无关；

（4）从光滑管过渡到粗糙管的过渡区：（Re 增大，粘性底层相对减薄，以致不能完全淹没Δ）λ=f （r 0/?,Re ）；

（5）粗糙管区（阻力平方区）：（Re 增大，粘性底层变薄，沿程阻力主要由小漩涡造成，粘性底层的粘滞阻力可忽略不计）λ与相对光滑度r 0/?有关，与Re 无关。

22、请分别写出管路串联与管路并联的计算准则。书上P175~179

如果想答好点，可以写上公式（4.15）~（4.16），（4.21）~（4.22）

（1） 串联：整个管道的水头损失应等于各管段水头损失之和；在各管段的连接点水流应符合连续原理。

H=h f1+h f2+h f3=Q 12/K 12×L 1+ Q 22/K 22×L 2+ Q 32/K 32×L 3

Q 1=Q 2+q 1,Q 2=Q 3+q 2

（2） 并联：一般按长管计算；各支管的水头损失相等，即通过每一并联支管的单位重量液体的机械能损失相等，但流量不等时通过各并联支管水流的总机械能损失不等；各支管的流量与总流量间应满足连续方程。

h f1=h f2=h f3=h f , h f1= Q 12/K 12×L 1, h f2= Q 22/K 22×L 2, h f3= Q 32/K 32×L 3,

Q=Q 1+Q 2+Q 3

23、动力粘度为μ的液体，在宽度为b 的矩形断面明渠中做层流运动。水深为h ，

速度分布为???

???????? ??-=201h y u u ，如图23所示。式中0u 为表面流速),,,(0均为常数h b u μ。求：（10分）

（1）断面平均流速υ；

（2）渠底切应力０τ。

23、解：（1）udA dQ =

??==h

u dQ Q 00??????????? ??-21h y bdy 33200y h b u bh u -=0

h bh u bh u bh u 000323=-=

断面平均流速 003232u bh bh u A Q ===υ （2）h

u h y

u dy du

h y h y h y 020022μμμτ-=?-===== 24、不同管径的两管道的连接处出现截面突然扩大。管道1 的直径m d 2.01=，管道2 的直径m d 3.02=。为了测量管道2的沿程阻力系数λ以及截面突然扩大的局部阻力系数ξ，在突扩处前面接一个测压管，在其它地方再装两个测压管，

如图24所示。已知：m l 2.11=，m l 0.32=，测压管水柱高度mm h 801=mm h 1622=，

mm h 1523=，水流量s m Q /06.03=，求λ和ξ。

24、解：在2l 的管段内，没有局部水头损失，只有沿程

水头损失，因此

3222222h h g

d l -=υλ 由于s m A Q /8488.03.014.34

106.02

22=??==

υ0.8493，将此数据代入上式得 λ＝02722.0 0.0231 在1l 的管段内，既有沿程水头损失又有局部水头损失，列出断面1和2的伯努利方程：

g g p 2211υρ+＝g g p 2222υρ+g

d l 22221υξλ???? ??++ 显然 11gh p p a ρ+=， 22gh p p a ρ+=，因此

g d l 22221υξλ???

? ??+＝2122212h h g -+-υυ

==11A Q υs m /91.12.014.34

106.02

=??=，代入其它数据，有 g d l 22221υξλ???

? ??+＝06728.0m 0.06748

7225.1=ξ 1.6951

25、速度场u=(4y-6x)t i +(6y-9x)t j ，试求：

（1） t=2s 时，在点（2，4）的加速度；

（2） 判断是恒定流还是非恒定流；

（3） 判断是均匀流还是非均匀流。

25、解：（1） 由质点导数公式

x x x x x x x y z du u u u u a u u u dt t x y z

????==+++???? )4()96()6()64()64(t t x y t t x y x y -+--+-=

将2=t ，x=2,4=y 代入得：x a 2/4s m =，同理 y a 2/6s m = (a y =du y /dt=?u y /?t+u x ·?u y /?x+u y ·?u y /?y+u z ·?u y /?z)

（2） 由于当地加速度

j x x i x y j t

u i t u t u y x )96()64(-+-=??+??=??≠0 所以，流动为非恒定流

（3） 由于迁移加速度

a (.▽)=u 0)()(=??+??+??+??j y

u u x u u i y u u x u u y y y x x y x x 所以，流动是均匀流。

26、已知明渠恒定均匀流断面为梯形断面，底宽为b ，顶宽为B （B ＞b ），渠道水深为h ，边坡系数为m 。求该断面为水力最优断面时的宽深比β。

26、解：根据所给条件，由几何关系得渠道断面面积为：

()A b mh h =+ （1） 因为B=b+2mh 由此得： A b mh h

=- （2）

渠道湿周为： 2x b =+

将（2）式代入得：

2A x mh h

=-+ （3） 若求最佳水力断面，则应对（3）式求极小值。

∵ 2232d x A dh h =﹥0，说明有极小值存在，对（3）式求dx dh ，

并令dx dh 0=得： 2dx A m dh h

=--+0= 将（1）式代入，得：

22()210b mh h m m h +--++= 因为β=b/h 整理后得：2210m m β+-+=

由此解得宽深比β为：22(1)m m β=+-

27、如图27所示，用一根虹吸管ACB 将水从水池送至用户，管道直径m d 1.0=，管段AC 的水头损失m h AC 12.2=ω，管段CB 的水头损失m h CB 51.3=ω。已知：管道出口与水池液面之间的高差m h 2.6=，虹吸管最高处的C 断面与水池液面之间的高差m H 85.4=。试求虹吸管的输水流量Q 及C 断面的真空压强c p a p -。

27、解：对于水池液面以及管道出口断面列能量方程，得：

CB AC a a h h g

g p g p h ωωυρρ+++=+22

m h h h g CB AC 57.0)(22

=+-=ωωυ

s m g /344.357.08.9257.02=??=?=υ 3.342

=Q s m d A /0263.0344.341.014.3432

2

=??==υπυ0.0262 对于水池液面和虹吸管C 断面列能量方程。则有：

AC C a h g

g p H g p ωυρρ+++=22

=-g p p C a ρAC h g

H ωυ++22

H 和AC h ω为已知，υ已算出，代入数据得：

=-g

p p C a ρm 54.7（真空水柱高度） Pa p p c a 51074.0.8.9100054.7?=??=-