1、水力学（水动力学基础）-试卷 2及答案解析(总分：70.00，做题时间：90 分钟)一、计算题(总题数：35，分数：70.00)1.有一水平放置的管道(图 356)。管径 d 1 =10cm，d 2 =5cm。管中流量 Q=10Ls。断面 1处测管高度H=2m。不计管道收缩段的水头损失。取动能校正系数均为 1。求水流作用于收缩段管壁上的力。 （分数：2.00）_2.如图 357所示，有一倾斜放置的管道，管径由 d 1 =10cm，突然扩大至 d 2 =20cm。试验时测得测压管 1和测压管 2中的水位差为 03m。求管道流量 Q取动能校正系数为 1，突然扩大局部水头损失系数=(A 2 A 1
2、一 1) 2 ，A 1 、A 2 分别为小管和大管的断面面积， 为对应于大管的流速。 （分数：2.00）_3.从水箱下部引一管道，管道水平段上有一收缩段。从收缩段引出的玻璃管插入容器 A的水中(图 358)。已知管径 d 1 =4cm，收缩段直径 d 2 =3cm。水箱至收缩段的水头损失 h 1 =3v 2 2g，收缩段至管道出口的水头损失 h 2 =v 2 2g(v 为管道流速)。当水流通过管道流出时，玻璃管中水柱高 h=035m，求作用水头 H(取动校正系数为 1)。 （分数：2.00）_4.图 359所示为铅直放置的一文丘里管。已知 d 1 =20cm，d 2 =10cm，z=05m，水
3、银压差计读数h=2cm。若不计水头损失，求流量 Q(取动能校正系数为 1)。 （分数：2.00）_5.在图 361所示管道的断面 AA、BB、CC 的上、下两端壁处各装设一根测压管，试问各断面上、下两根测压管水面是否等高?如果等高，原因何在?如不等高，哪一根高些，为什么? （分数：2.00）_6.图 3-62所示水箱一侧有一向上开口的短管，箱内水位恒定，水通过管嘴向上喷射。若管嘴出口至水箱水面的高度 h=5m，管嘴局部水头损失系数 =02，取动能校正系数 =1。求管嘴的出流速度 v及此射流达到的高度 z。 （分数：2.00）_7.图 3-63所示容器内的水从侧壁管嘴射人大气。已知管嘴直径 d=
4、10cm，水流对水箱的水平作用力F=460N。取动量校正系数等于 1。求孔口射流的流速 v。 （分数：2.00）_8.图 3-64所示为水平放置的水电站压力分岔钢管，用混凝土支座固定。已知主管直径 D=3m，两根岔管的直径均为 d=2m，转角 =120，管末断面 1压强 p 1 =294kNm 2 ，通过总流量 Q=35m 3 s，两分岔管流量相等，不计水头损失，取动能动量校正系数均为 1，求水流对支座的水平作用力。 （分数：2.00）_9.图 3-65所示为一矩形断面平底渠道，宽度 b=27m，在某处渠底抬高 h=03m，抬高前的水深 H=08 m，抬高后水面降低 z=012m，设抬高处的水
5、头损失是抬高后流速水头的 13，求渠道流量(取动能校正系数 =1)。 （分数：2.00）_10.射流从喷嘴中射出，撞击在一铅直放置的平板上，如图 3-66所示。已知喷嘴直径 d=25mm，射流与平板垂线间的夹角 =60，射流流速 v 1 =5ms。不计摩擦阻力，取动量校正系数为 1。求：(1)平板静止时，射流作用在平板上的垂直作用力；(2)当平板以 u=2ms 的速度与水流相同方向运动时，射流作用在平板上的垂直力。 （分数：2.00）_11.图 367所示为矩形平底渠道中设平闸门，闸门挡水高 a=32m，门宽 b=2m。当流量 Q=8m 3 s 时，闸前水深 H=4m，闸后收缩断面水深 h c
6、 =05m。不计摩擦力。取动量校正系数为 1。求作用在闸门上的动水总压力。 （分数：2.00）_12.一带有收缩段的管道系统如图 368所示。利用收缩处的低压将容器 M中的液体吸入管道中。设两容器装有同种液体。管道收缩处断面面积为 A 1 ，出口面积为 A 2 。管道出口中心的水头为 H o 容器 M液面至管轴高度 h为多大时，能将液体抽入(不计水头损失)? （分数：2.00）_13.如图 369所示，射流以 v=198ms 的速度从直径 d=10cm的喷嘴中射出，水平射向有固定对称角=135的叶片上。喷嘴出口和叶片出口流速均匀分布。若不计摩擦阻力及损失，求叶片所受的冲击力。（分数：2.00）
7、_14.水枪的头部由渐细管与供水软管连接，长度 L=20cm，出口直径 d=2cm，进口直径 D=8cm，如图 370所示。水枪出口的水流流速 v=15ms。一消防队员手持水枪进口处，使水枪竖直向上喷射。若不计能量损失和水流、水枪重量，取动能校正系数及动量校正系数为 1。求：(1)水枪的头部渐细管受到水流的作用力 R及方向。(2)求消防队员手持水枪所需铅直方向的力 F及方向。(注意两者的区别) （分数：2.00）_15.如图 371所示射流泵，其工作原理是借工作室中管嘴高速射流产生真空，将外部水池中的水吸进工作室，然后再由射流带进出口管。已知 H=2m，h=1m，d 1 =10cm，d 2 =
8、7cm，不计水头损失。试求：(1)射流泵提供的流量 Q；(2)工作室中 33断面处的真空度 h v3 。 （分数：2.00）_16.如图 372所示，在直径 d=150mm的输水管中，装置一附有水银差压计的毕托管，水银面高差h=20mm，设管中断面平均流速 v=08u max ，试求：管中流量 Q。 （分数：2.00）_17.如图 373所示，用虹吸管从水库中取水，已知 d=10cm，其中心线上最高点 3超出水库水面 2m，其水头损失为：点 1到点 3为 10v 2 2g，(其中点 1至点 2为 9v 2 2g)，由点 3到点 4为 2v 2 2g，若真空高度限制在 7m以内。求：(1)吸水管
9、的最大流量有无限制?如有应为多少?出水口至水库水面的高差 h有无限制?如有，应为多少?(2) 在通过最大流量时，点 2的压强为多少? （分数：2.00）_18.如图 3-74所示，水在无摩擦管道系统中流动，若水的汽化压强为 p vp =7367Pa，大气压强为 p a =99974Pa，水的重度 =9730Nm 3 ，试求保证水在管中不发生汽化的最大高度 h。 （分数：2.00）_19.如图 3-75所示，圆管过水断面直径上的流速分布规律为 u=u max (1一 rr 0 ) 1/7 ，式中 u为半径 r处的流速，u max 为中心点的流速，r 0 为圆管半径。设 r 0 =10cm，测得
10、u max =3ms，求流量及断面平均流速 v。 （分数：2.00）_20.某液体在两平板之间流动，其断面流速分布如图 3-76所示。求断面平均流速 v与最大流速 u max 的关系。 （分数：2.00）_21.某渠道在引水途中要穿过一条铁路，于路基下面修建圆形断面涵洞一座，如图 3-77所示。已知涵洞设计流量 Q=1m 3 s，涵洞上、下游水位差 z=03m，涵洞水头损失 h =147v 2 2g(v 为洞内流速)，涵洞上、下游渠道流速很小，速度水头可忽略。求涵洞直径 d。 （分数：2.00）_22.如图 3-78所示，动量实验装置为一喷嘴向正交于射流方向的平板喷水，已知喷嘴出口直径为 10
11、 mm，测得平板受力为 100N，求射流流量。 （分数：2.00）_23.如图 3-79所示，水自密封容器沿管路流出，容器液面上的真空压强为 196kPa，不计水头损失。求：(1)流量；(2)细管中流速；(3)管中压强最低点的位置及其负压值。 （分数：2.00）_24.已知平面无旋流动的速度分量由下式给出 u x =Ax+By，u y =Cx+Dy。试求：(1)A、B、C、D 之间的关系；(2)速度势函数；(3)流函数。（分数：2.00）_25.已知不可压缩液体平面流动的流函数 =(x 2 +y 2 )2。要求：(1)画出该流动的流线图形，并标明流向；(2)判别是有旋流动还是无旋流动；(3)已
12、知流场中两定点坐标分别为 A(1，0)与 B(2，3)，求通过此两点间的单宽流量 q；(4)A、B 两点是否满足方程 u 2 2g+ppg=c?（分数：2.00）_26.如图 381所示，有一流线型物体顺流放置于水下点 A距离水面 2m处，来流流速沿水深分布为 u x =2(yH) 1/7 ，试求点 A的动水压强。 （分数：2.00）_27.已知某一不可压缩液体平面流动的速度分布为：u x =x 2 一 y 2 +x，u y =一(2xy+y)，试求：(1)判别是否满足速度势函数 和流函数 的存在条件，并求 和 ；(2)求通过 A(1，1)、B(1，2)两点间流量；(3)写出切应力及附加压强的
13、表达式；(4)A 点的压强水头 p A g=2m 水柱，试求 B点的压强水头。（分数：2.00）_28.不可压缩二维流动的流速分量为：u x =x一 4y，u y =一 y一 4x，试求：(1)该流动是恒定流还是非恒定流；(2)该流动是否连续；(3)判别有无线变形和角变形运动；(4)判别有涡流还是无涡流；(5)若流动有势，写出流速势函数表达式；(6)写出流线方程式。（分数：2.00）_29.设液体的流速场为 u x =6x，u y =6y，u z =一 7t，t 为时间，求：(1)当地加速度；(2)迁移加速度；(3)加速度的矢量表达式。（分数：2.00）_30.流动场中速度沿流程均匀地减小，并
14、随时间均匀地变化。A 点和 B点相距 2m，C 点在中间，如图 382所示。已知 t=0时，u A =2ms，u B =1ms；t=5s 时，u A =8ms，u B =4ms。试求 t=2s时 C点的加速度。 （分数：2.00）_31.某河道在某处分为两支外江及内江，外江设一座溢流坝以抬高上游河道水位，如图 3-83所示。已测得上游河道流量 Q=1250m 2 s。通过溢流坝的流量 Q 1 =325m 3 s，内江过水断面的面积 A=375m 2 。求内江流量及断面 A的平均流速。 （分数：2.00）_32.一水力机械，Q=251s，从轴中心流入，从 4个转臂流出，每个转臂喷嘴的射流直径 d
15、=1cm，射流方向与圆周切线成 30角，转轮半径为 03m，如图 3-84所示，试求：(1)保持臂固定的转矩；(2)若忽略机械摩擦，求最大转速，以 rmin 计(每分钟转数计)；(3)如转速为 120rmin，求水力机械发出的功率。 （分数：2.00）_33.如图 3-85所示，两块平行平板问有黏性液体，下平板固定，上平板以均匀的速度 U向右运动。假设两平板间的距离为 h，液体的流动平行于平板，试求两平板间液体在平板移动方向无压强变化时的速度分布。（分数：2.00）_34.如图 386所示为平板闸泄流的流网图，闸门开度 a=03m，上游水深 H=097m，下游均匀流处水深h=0187m，试求：
16、(1)过闸单宽流量 q；，(2)作用在 1m宽闸门上的动水总压力。 （分数：2.00）_35.已知平面流的流速分量为：u x =Ax，u y =一 Ay(A为常数),试求(1)应力 p xx ，p yy ， xy ， yx ；(2)假设忽略外力作用，且 x=y=0处压强为 p 0 ，写出压强分布表达式。（分数：2.00）_水力学（水动力学基础）-试卷 2答案解析(总分：70.00，做题时间：90 分钟)一、计算题(总题数：35，分数：70.00)1.有一水平放置的管道(图 356)。管径 d 1 =10cm，d 2 =5cm。管中流量 Q=10Ls。断面 1处测管高度H=2m。不计管道收缩段的
17、水头损失。取动能校正系数均为 1。求水流作用于收缩段管壁上的力。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：2.如图 357所示，有一倾斜放置的管道，管径由 d 1 =10cm，突然扩大至 d 2 =20cm。试验时测得测压管 1和测压管 2中的水位差为 03m。求管道流量 Q取动能校正系数为 1，突然扩大局部水头损失系数=(A 2 A 1 一 1) 2 ，A 1 、A 2 分别为小管和大管的断面面积， 为对应于大管的流速。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：3.从水箱下部引一管道，管道水平段上有一收缩段。从收缩段引出的玻璃管插入容器 A的水中(图 358)。已知管
18、径 d 1 =4cm，收缩段直径 d 2 =3cm。水箱至收缩段的水头损失 h 1 =3v 2 2g，收缩段至管道出口的水头损失 h 2 =v 2 2g(v 为管道流速)。当水流通过管道流出时，玻璃管中水柱高 h=035m，求作用水头 H(取动校正系数为 1)。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：4.图 359所示为铅直放置的一文丘里管。已知 d 1 =20cm，d 2 =10cm，z=05m，水银压差计读数h=2cm。若不计水头损失，求流量 Q(取动能校正系数为 1)。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：5.在图 361所示管道的断面 AA、BB、CC 的
19、上、下两端壁处各装设一根测压管，试问各断面上、下两根测压管水面是否等高?如果等高，原因何在?如不等高，哪一根高些，为什么? （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：渐变流断面 A：等高、急变流断面 B：离心力向上，上高、C 断面离心力向下，下高。)解析：6.图 3-62所示水箱一侧有一向上开口的短管，箱内水位恒定，水通过管嘴向上喷射。若管嘴出口至水箱水面的高度 h=5m，管嘴局部水头损失系数 =02，取动能校正系数 =1。求管嘴的出流速度 v及此射流达到的高度 z。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：7.图 3-63所示容器内的水从侧壁管嘴射人大气。已知管嘴直径 d=10c
20、m，水流对水箱的水平作用力F=460N。取动量校正系数等于 1。求孔口射流的流速 v。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：8.图 3-64所示为水平放置的水电站压力分岔钢管，用混凝土支座固定。已知主管直径 D=3m，两根岔管的直径均为 d=2m，转角 =120，管末断面 1压强 p 1 =294kNm 2 ，通过总流量 Q=35m 3 s，两分岔管流量相等，不计水头损失，取动能动量校正系数均为 1，求水流对支座的水平作用力。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：9.图 3-65所示为一矩形断面平底渠道，宽度 b=27m，在某处渠底抬高 h=03m，抬高前的水深
21、 H=08 m，抬高后水面降低 z=012m，设抬高处的水头损失是抬高后流速水头的 13，求渠道流量(取动能校正系数 =1)。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：10.射流从喷嘴中射出，撞击在一铅直放置的平板上，如图 3-66所示。已知喷嘴直径 d=25mm，射流与平板垂线间的夹角 =60，射流流速 v 1 =5ms。不计摩擦阻力，取动量校正系数为 1。求：(1)平板静止时，射流作用在平板上的垂直作用力；(2)当平板以 u=2ms 的速度与水流相同方向运动时，射流作用在平板上的垂直力。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：一 R y =一 Qvcos60=一 613N，
22、一 R y =一 Q(vu)cos60= )解析：11.图 367所示为矩形平底渠道中设平闸门，闸门挡水高 a=32m，门宽 b=2m。当流量 Q=8m 3 s 时，闸前水深 H=4m，闸后收缩断面水深 h c =05m。不计摩擦力。取动量校正系数为 1。求作用在闸门上的动水总压力。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：P 1 一 P 2 一 R=Q(v 2 一 v 2 )，P 1 =156800N，P 2 =2450N，R=98350N。)解析：12.一带有收缩段的管道系统如图 368所示。利用收缩处的低压将容器 M中的液体吸入管道中。设两容器装有同种液体。管道收缩处断面面积为 A 1
23、 ，出口面积为 A 2 。管道出口中心的水头为 H o 容器 M液面至管轴高度 h为多大时，能将液体抽入(不计水头损失)? （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：13.如图 369所示，射流以 v=198ms 的速度从直径 d=10cm的喷嘴中射出，水平射向有固定对称角=135的叶片上。喷嘴出口和叶片出口流速均匀分布。若不计摩擦阻力及损失，求叶片所受的冲击力。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：v 1 =v 2 =v=198ms，一 R x =Q(v 2 cos135一 v)，F x =R x =5.256kN。)解析：14.水枪的头部由渐细管与供水软管连接，长度 L=20
24、cm，出口直径 d=2cm，进口直径 D=8cm，如图 370所示。水枪出口的水流流速 v=15ms。一消防队员手持水枪进口处，使水枪竖直向上喷射。若不计能量损失和水流、水枪重量，取动能校正系数及动量校正系数为 1。求：(1)水枪的头部渐细管受到水流的作用力 R及方向。(2)求消防队员手持水枪所需铅直方向的力 F及方向。(注意两者的区别) （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：水流对水枪头部渐细管的作用力为 507N，方向向上，手持水枪的力与动量变化平衡方向向上，F=707N。)解析：15.如图 371所示射流泵，其工作原理是借工作室中管嘴高速射流产生真空，将外部水池中的水吸进工作室，然后
25、再由射流带进出口管。已知 H=2m，h=1m，d 1 =10cm，d 2 =7cm，不计水头损失。试求：(1)射流泵提供的流量 Q；(2)工作室中 33断面处的真空度 h v3 。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：16.如图 372所示，在直径 d=150mm的输水管中，装置一附有水银差压计的毕托管，水银面高差h=20mm，设管中断面平均流速 v=08u max ，试求：管中流量 Q。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：17.如图 373所示，用虹吸管从水库中取水，已知 d=10cm，其中心线上最高点 3超出水库水面 2m，其水头损失为：点 1到点 3为
26、10v 2 2g，(其中点 1至点 2为 9v 2 2g)，由点 3到点 4为 2v 2 2g，若真空高度限制在 7m以内。求：(1)吸水管的最大流量有无限制?如有应为多少?出水口至水库水面的高差 h有无限制?如有，应为多少?(2) 在通过最大流量时，点 2的压强为多少? （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：18.如图 3-74所示，水在无摩擦管道系统中流动，若水的汽化压强为 p vp =7367Pa，大气压强为 p a =99974Pa，水的重度 =9730Nm 3 ，试求保证水在管中不发生汽化的最大高度 h。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：19.如图
27、3-75所示，圆管过水断面直径上的流速分布规律为 u=u max (1一 rr 0 ) 1/7 ，式中 u为半径 r处的流速，u max 为中心点的流速，r 0 为圆管半径。设 r 0 =10cm，测得 u max =3ms，求流量及断面平均流速 v。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：20.某液体在两平板之间流动，其断面流速分布如图 3-76所示。求断面平均流速 v与最大流速 u max 的关系。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：21.某渠道在引水途中要穿过一条铁路，于路基下面修建圆形断面涵洞一座，如图 3-77所示。已知涵洞设计流量 Q=1m 3 s，
28、涵洞上、下游水位差 z=03m，涵洞水头损失 h =147v 2 2g(v 为洞内流速)，涵洞上、下游渠道流速很小，速度水头可忽略。求涵洞直径 d。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：22.如图 3-78所示，动量实验装置为一喷嘴向正交于射流方向的平板喷水，已知喷嘴出口直径为 10 mm，测得平板受力为 100N，求射流流量。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：23.如图 3-79所示，水自密封容器沿管路流出，容器液面上的真空压强为 196kPa，不计水头损失。求：(1)流量；(2)细管中流速；(3)管中压强最低点的位置及其负压值。 （分数：2.00）_正确
29、答案：(正确答案： )解析：24.已知平面无旋流动的速度分量由下式给出 u x =Ax+By，u y =Cx+Dy。试求：(1)A、B、C、D 之间的关系；(2)速度势函数；(3)流函数。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：25.已知不可压缩液体平面流动的流函数 =(x 2 +y 2 )2。要求：(1)画出该流动的流线图形，并标明流向；(2)判别是有旋流动还是无旋流动；(3)已知流场中两定点坐标分别为 A(1，0)与 B(2，3)，求通过此两点间的单宽流量 q；(4)A、B 两点是否满足方程 u 2 2g+ppg=c?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)=(x 2
30、+y 2 )2=Const；(2)有旋；(3)q= B 一 A =6；(4)A，B 不在同一根流线上不满足方程。)解析：26.如图 381所示，有一流线型物体顺流放置于水下点 A距离水面 2m处，来流流速沿水深分布为 u x =2(yH) 1/7 ，试求点 A的动水压强。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： u x =2(yH) 1/7 =2(35) 1/7 =186ms，p A =(Hy)+ )解析：27.已知某一不可压缩液体平面流动的速度分布为：u x =x 2 一 y 2 +x，u y =一(2xy+y)，试求：(1)判别是否满足速度势函数 和流函数 的存在条件，并求 和 ；(2)求通过 A(1，1)、B(1，2)两点间流量；(3)写出切应力及附加压强的表达式；(4)A 点的压强水头 p A g=2m 水柱，试求 B点的压强水头。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：存在流函数：=d=-u y dx+u x dy=(x+1)xy一 +C，存在速度势函数：=d=u x dx+u y dy= ,q AB = A 一 B = , xy = yx =一 4y，p xx “=-2(2x+1)，p yy “=2(2x+1)， )解析：28.不可压缩二维流动的流速分
