1、水力学（水动力学基础）-试卷 3 及答案解析(总分：76.00，做题时间：90 分钟)一、计算题(总题数：13，分数：26.00)1.射流冲击一对称叶片如图 331 所示，已知：d=10cm，v 1 =v 2 =193ms，=135，叶片固定不动，试求叶片所受到的冲击力 F。 （分数：2.00）_2.混凝土建筑物中的引水分叉管如图 332 所示。各管中心线在同一水平面上，主管直径 D=3m，分叉管直径 d=2m。转弯角 =60，通过的总流量 Q=35m 3 s，断面 11 的压强水头 p 1 =30m 水柱高，如不计水头损失，求水流对建筑物的作用力。 （分数：2.00）_3.已知圆管层流流速分
2、布为： （分数：2.00）_4.已知圆管紊流流速分布为 （分数：2.00）_5.有一平面流动，已知 u x =x-4y，u y =-y-4x。试问： (1)是否存在速度势函数 ?如存在，试求之。 (2)是否存在流函数 ?如存在，试求之。（分数：2.00）_6.已知流场的流函数 =ax 2 一 ay 2 .(1)证明此流动是无旋的；(2)求出相应的速度势函数；(3)证明流线与等势线正交。（分数：2.00）_7.已知平面不可压缩流动的流速势函数 =004x 3 +axy 2 +by 3 ,x、y 单位为 m， 的单位为 m 2 s，试求：(1)常数 a，b；(2)点 A(0，0)和 B(3，4)间
3、的压强差。设流体的密度 =1000kgm 2 。（分数：2.00）_8.如图 333 所示，已知平面流动的流函数为 =3x 2 一 xy 2 +2yt 3 ，试求 t=2s 时，经过图中圆弧 AB及直线 OA 的流量。 （分数：2.00）_9.已知黏性流体的速度为 （分数：2.00）_10.如图 334 所示，两平行的铅直平板，间距为 h，中间充满黏性液体，假设流动是恒定的，压强均匀分布。试求：在重力作用下流动中的速度分布。 （分数：2.00）_11.在不可压缩液体平面运动中，如果忽略质量力和惯性力的作用，试证明动水压强 p 和流函数 需满足下面的微分方程式 （分数：2.00）_12.管路中一
4、段水平放置的等截面弯管，直径 d 为 200mm，弯角为 45。管中各断面的平均流速为4ms，其形心处的相对压强均为 1 个大气压。求水流对弯管的作用力 R x 与 R y (坐标轴 x 与 y 如图 335 所示)。 （分数：2.00）_13.如图 336 所示，在水车壁面上用螺栓固定装一喷嘴，直径由 d 1 =8cm 逐渐缩至 d 2 =2cm，已知喷嘴出口的平均流速 v 2 =15ms。若不计能量损失，取动能校正系数及动量校正系数为 1，求(1)水流对喷嘴的作用力的大小及方向；(2)要保持水车不动，需要对水车施加的外力的大小及方向(不计车轮摩擦)。 （分数：2.00）_二、判断题请判断下
5、列各题正误(总题数：13，分数：26.00)14.水力坡度就是单位长度流程上的水头损失。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误15.均匀流流场内的压强分布规律与静水压强分布规律相同。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误16.渐变流过水断面上动水压强随水深的变化呈线性关系。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误17.理想液体中，任意点处各个方向的动水压强相等。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误18.总流连续方程 v 1 A 1 =v 2 A 2 对恒定流和非恒定流均适用。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误19.液流流线和迹线总是重合的。 ( )（分数：2.00）A.
6、正确B.错误20.用毕托管测得的点流速是时均流速。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误21.拉格朗日积分要求流动为无旋，但可以是非恒定流动。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误22.理想液体都是有势流，实际液体都是有涡流。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误23.若液体质点做圆周运动，流线为同心圆，则此类流动一定为有涡流。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误24.不可压缩液体的平面流动中必定存在流函数，则必定存在势函数。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误25.在平面流动中，两流线之间通过的单宽流量等于该两流线的流函数值之差。 ( )（分数：2.00）A.正确B.
7、错误26.不可压缩液体连续性微分方程 （分数：2.00）A.正确B.错误三、单项选择题(总题数：10，分数：20.00)27.单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。（分数：2.00）_28.恒定总流的能量方程 （分数：2.00）A.单位体积液体所具有的能量B.单位质量液体所具有的能量C.单位重量液体所具有的能量D.以上答案都不对29.图 3-37 所示抽水机吸水管断面 AA 动水压强随抽水机安装高度 h 的增大而_。 ( ) （分数：2.00）A.增大B.减小C.不变D.不定30.在明渠恒定均匀流过水断面上 1、2 两点安装两根测压管，如图 3-38 所示，则两测压管高度 h
8、1 与 h 2 的关系为_。 ( ) （分数：2.00）A.h 1 h 2B.h 1 h 2C.h 1 =h 2D.无法确定31.对管径沿程逐渐扩大的管道_。 ( )（分数：2.00）A.测压管水头线可能上升也可能下降B.测压管水头线总是与总水头线相平行C.测压管水头线沿程可能不会上升D.测压管水头线不可能下降32.管轴线水平，管径逐渐增大的管道有压流，通过的流量不变，其总水头线沿流向应_。 ( )（分数：2.00）A.逐渐升高B.逐渐降低C.与管轴线平行D.无法确定33.均匀流的总水头线与测压管水头线的关系是_。 ( )（分数：2.00）A.互相平行的直线B.互相平行的曲线C.互不平行的直线
9、D.互不平行的曲线34.液体运动总是从_。 ( )（分数：2.00）A.高处向低处流动B.单位总机械能大处向单位机械能小处流动C.压力大处向压力小处流动D.流速大处向流速小处流动35.图 3-39 所示水流通过渐缩管流出，若容器水位保持不变，则管内水流属_。 ( ) （分数：2.00）A.恒定均匀流B.非恒定均匀流C.恒定非均匀流D.非恒定非均匀流36.如图 3-40 所示，断面突然缩小管道通过黏性恒定流，管路装有 U 形管水银差压计，判定差压计中水银液面为_。 ( ) （分数：2.00）A.A 高于 BB.A 低于 BC.A、B 齐平D.不能确定高低四、填空题(总题数：2，分数：4.00)3
10、7.填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。（分数：2.00）_38.恒定总流动量方程式为_，方程的物理意义为_。（分数：2.00）_水力学（水动力学基础）-试卷 3 答案解析(总分：76.00，做题时间：90 分钟)一、计算题(总题数：13，分数：26.00)1.射流冲击一对称叶片如图 331 所示，已知：d=10cm，v 1 =v 2 =193ms，=135，叶片固定不动，试求叶片所受到的冲击力 F。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：由能量方程得： v=v 1 =v 2 =193ms Q=Q 1 +Q 2 由对称性 Q 1 =Q 2 =Q2 由 x 方向动量方程得： 一
11、 R=Q 2 (一 v 2 cos45)一 Qv+Q 1 (一 v 1 cos45) )解析：2.混凝土建筑物中的引水分叉管如图 332 所示。各管中心线在同一水平面上，主管直径 D=3m，分叉管直径 d=2m。转弯角 =60，通过的总流量 Q=35m 3 s，断面 11 的压强水头 p 1 =30m 水柱高，如不计水头损失，求水流对建筑物的作用力。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：取如图 332 所示的脱离体 由 11 断面和 22 断面或 33 断面的能量方程得：由 x 方向动量方程得： 代入数据可解得： R x =1241kN 由 y 方向动量方程得： )解析：3.已知圆管层流
12、流速分布为： （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1) xx = =0， yy =0， zz =0，无线变形 )解析：4.已知圆管紊流流速分布为 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：5.有一平面流动，已知 u x =x-4y，u y =-y-4x。试问： (1)是否存在速度势函数 ?如存在，试求之。 (2)是否存在流函数 ?如存在，试求之。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：6.已知流场的流函数 =ax 2 一 ay 2 .(1)证明此流动是无旋的；(2)求出相应的速度势函数；(3)证明流线与等势线正交。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析
13、：7.已知平面不可压缩流动的流速势函数 =004x 3 +axy 2 +by 3 ,x、y 单位为 m， 的单位为 m 2 s，试求：(1)常数 a，b；(2)点 A(0，0)和 B(3，4)间的压强差。设流体的密度 =1000kgm 2 。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1) 平面不可压缩流动满足连续性方程，因此上式应恒为 0，即 024+2a=0，a=一 012，6b=0，b=0 )解析：8.如图 333 所示，已知平面流动的流函数为 =3x 2 一 xy 2 +2yt 3 ，试求 t=2s 时，经过图中圆弧 AB及直线 OA 的流量。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案
14、：t=2 时，=3x 2 一 xy 2 +16y 两点间的流量等于经过两点的流函数值之差，因此， q OA = A 一 O |=一(3 0 2 -0 0+160)+(30 2 一 0y 2 +16 2)=32(m 2 s) q AB = A 一 B |=(30 2 -0 y 2 +16 2)一(32 2 一 2 0+16 0)=20(m 2 s) q OB = B 一 O |=(30 2 一 0 0+16 0)+(32 2 一 2 0 2 +160)=12(m 2 s)解析：9.已知黏性流体的速度为 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： 得： p xx =p 一 210xz=p 一 2
15、300 10 -3 10 1 3=一 2 得： p=182 )解析：10.如图 334 所示，两平行的铅直平板，间距为 h，中间充满黏性液体，假设流动是恒定的，压强均匀分布。试求：在重力作用下流动中的速度分布。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：由此流动特点，NS 方程可化为 积分得： 由 x=0，u y =0，得：C 2 =0 由 x=h，u y =0， )解析：11.在不可压缩液体平面运动中，如果忽略质量力和惯性力的作用，试证明动水压强 p 和流函数 需满足下面的微分方程式 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：由题中条件，NS 方程可化为： 由于是平面不可压缩流动，存在 ，将
16、代入(1)和(2) )解析：12.管路中一段水平放置的等截面弯管，直径 d 为 200mm，弯角为 45。管中各断面的平均流速为4ms，其形心处的相对压强均为 1 个大气压。求水流对弯管的作用力 R x 与 R y (坐标轴 x 与 y 如图 335 所示)。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：取渐变流过水 11 断面与 22 断面以及管内壁所围成的封闭曲面为控制面。 作用在控制面上的表面力，以及流人与流出控制面的流速如图 335 所示，其中 R x 与 R y 是弯管对水流的反作用力，p 1 与 p 2 分别是 11 断面与 22 断面形心处的相对压强。所以作用在这两断面上的总压力分
17、别为 P 1 =p 1 A 1 ，P 2 =p 2 A 2 。作用在控制面内的水流重力，因与所研究的水平面垂直，故不必考虑。 总流的动量方程(318)在 x 轴与 y 轴上的投影为(=45，Q 1 =Q 2 =Q) )解析：13.如图 336 所示，在水车壁面上用螺栓固定装一喷嘴，直径由 d 1 =8cm 逐渐缩至 d 2 =2cm，已知喷嘴出口的平均流速 v 2 =15ms。若不计能量损失，取动能校正系数及动量校正系数为 1，求(1)水流对喷嘴的作用力的大小及方向；(2)要保持水车不动，需要对水车施加的外力的大小及方向(不计车轮摩擦)。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)根据连
18、续性方程： (2)以喷嘴中心线为基准面，列 1-1 断面和 2-2 断面能量方程： )解析：二、判断题请判断下列各题正误(总题数：13，分数：26.00)14.水力坡度就是单位长度流程上的水头损失。 ( )（分数：2.00）A.正确 B.错误解析：15.均匀流流场内的压强分布规律与静水压强分布规律相同。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误 解析：16.渐变流过水断面上动水压强随水深的变化呈线性关系。 ( )（分数：2.00）A.正确 B.错误解析：17.理想液体中，任意点处各个方向的动水压强相等。 ( )（分数：2.00）A.正确 B.错误解析：18.总流连续方程 v 1 A 1 =v
19、2 A 2 对恒定流和非恒定流均适用。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误 解析：19.液流流线和迹线总是重合的。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误 解析：20.用毕托管测得的点流速是时均流速。 ( )（分数：2.00）A.正确 B.错误解析：21.拉格朗日积分要求流动为无旋，但可以是非恒定流动。 ( )（分数：2.00）A.正确 B.错误解析：22.理想液体都是有势流，实际液体都是有涡流。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误 解析：23.若液体质点做圆周运动，流线为同心圆，则此类流动一定为有涡流。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误 解析：24.不可压缩液体的平面流
20、动中必定存在流函数，则必定存在势函数。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误 解析：25.在平面流动中，两流线之间通过的单宽流量等于该两流线的流函数值之差。 ( )（分数：2.00）A.正确 B.错误解析：26.不可压缩液体连续性微分方程 （分数：2.00）A.正确B.错误 解析：三、单项选择题(总题数：10，分数：20.00)27.单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。（分数：2.00）_解析：28.恒定总流的能量方程 （分数：2.00）A.单位体积液体所具有的能量B.单位质量液体所具有的能量C.单位重量液体所具有的能量 D.以上答案都不对解析：29.图 3-37 所示抽
21、水机吸水管断面 AA 动水压强随抽水机安装高度 h 的增大而_。 ( ) （分数：2.00）A.增大B.减小 C.不变D.不定解析：30.在明渠恒定均匀流过水断面上 1、2 两点安装两根测压管，如图 3-38 所示，则两测压管高度 h 1 与 h 2 的关系为_。 ( ) （分数：2.00）A.h 1 h 2B.h 1 h 2C.h 1 =h 2 D.无法确定解析：31.对管径沿程逐渐扩大的管道_。 ( )（分数：2.00）A.测压管水头线可能上升也可能下降 B.测压管水头线总是与总水头线相平行C.测压管水头线沿程可能不会上升D.测压管水头线不可能下降解析：32.管轴线水平，管径逐渐增大的管道
22、有压流，通过的流量不变，其总水头线沿流向应_。 ( )（分数：2.00）A.逐渐升高B.逐渐降低 C.与管轴线平行D.无法确定解析：33.均匀流的总水头线与测压管水头线的关系是_。 ( )（分数：2.00）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.互不平行的曲线解析：34.液体运动总是从_。 ( )（分数：2.00）A.高处向低处流动B.单位总机械能大处向单位机械能小处流动 C.压力大处向压力小处流动D.流速大处向流速小处流动解析：35.图 3-39 所示水流通过渐缩管流出，若容器水位保持不变，则管内水流属_。 ( ) （分数：2.00）A.恒定均匀流B.非恒定均匀流C.恒定非均匀流 D.非恒定非均匀流解析：36.如图 3-40 所示，断面突然缩小管道通过黏性恒定流，管路装有 U 形管水银差压计，判定差压计中水银液面为_。 ( ) （分数：2.00）A.A 高于 BB.A 低于 B C.A、B 齐平D.不能确定高低解析：四、填空题(总题数：2，分数：4.00)37.填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。（分数：2.00）_解析：38.恒定总流动量方程式为_，方程的物理意义为_。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：
