1、水力学（水动力学基础）模拟试卷 4 及答案与解析1 有一水平放置的管道(图 356)。管径 d1=10cm， d2=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。2 如图 357 所示，有一倾斜放置的管道，管径由 d1=10cm，突然扩大至d2=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 =(A2A 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 。 3 从水箱下部引一管道，管
2、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 d1=4cm，收缩段直径 d2=3cm。水箱至收缩段的水头损失 h1=3v22g，收缩段至管道出口的水头损失 h2=v22g(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)。4 图 359 所示为铅直放置的一文丘里管。已知 d1=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)。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、
3、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?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。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=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。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 =12
4、0，管末断面 1 压强p1=294kNm 2，通过总流量 Q=35m3s，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。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)。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 v1=5ms。不计摩擦阻力，取动量校正系数为 1。求：(1)平板静
5、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。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=8m3s 时，闸前水深 H=4m，闸后收缩断面水深 hc=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。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 A1，出口面积为A2。管道出口中心的水头为 Ho 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
6、损失)?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。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。
7、(注意两者的区别)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=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 hv3。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。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
8、1 到点 3 为 10v22g，( 其中点 1 至点 2 为9v22g) ，由点 3 到点 4 为 2v22g，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?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 pvp=7367Pa，大气压强为 pa=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。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=umax(1 一 rr 0)1/7
9、，式中 u 为半径 r 处的流速，u max 为中心点的流速， r0 为圆管半径。设 r0=10cm，测得 umax=3ms，求流量及断面平均流速 v。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 umax 的关系。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=1m3s，涵洞上、下游水位差 z=03m，涵洞水头损失 h=147v 22g(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。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
10、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。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。24 已知平面无旋流动的速度分量由下式给出 ux=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。25 已知不可压缩液体平面流动的流函数 =(x2+y2)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
11、 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 u22g+ppg=c?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 ux=2(yH) 1/7，试求点 A 的动水压强。27 已知某一不可压缩液体平面流动的速度分布为：u x=x2 一 y2+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 pAg=2m 水柱，试求 B 点的压强水头。28 不可
12、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。29 设液体的流速场为 ux=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。30 流动场中速度沿流程均匀地减小，并随时间均匀地变化。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，uA=8
13、ms ，u B=4ms。试求 t=2s 时 C 点的加速度。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=1250m2s 。通过溢流坝的流量Q1=325m3s，内江过水断面的面积 A=375m2。求内江流量及断面 A 的平均流速。32 一水力机械，Q=251 s，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=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 1
14、20rmin，求水力机械发出的功率。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。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：(1)过闸单宽流量 q；，(2)作用在 1m 宽闸门上的动水总压力。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pxx，p yy， xy， yx；(2) 假设忽略外力作用，且 x=y
15、=0 处压强为 p0，写出压强分布表达式。水力学（水动力学基础）模拟试卷 4 答案与解析1 【正确答案】 【知识模块】 水动力学基础2 【正确答案】 【知识模块】 水动力学基础3 【正确答案】 【知识模块】 水动力学基础4 【正确答案】 【知识模块】 水动力学基础5 【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。【知识模块】 水动力学基础6 【正确答案】 【知识模块】 水动力学基础7 【正确答案】 【知识模块】 水动力学基础8 【正确答案】 v3=v2=557ms，p 2=2907kNm 2。 P 1 一2P2cos60一 Rx=2Q2v2co
16、s60一 Q1v1，2P 2sin60-Ry=一 2Q2v2sin60,R=21446kN。【知识模块】 水动力学基础9 【正确答案】 v2=1457 ms， Q=bh2v2=1495m 3s 。【知识模块】 水动力学基础10 【正确答案】 一 Ry=一 Qvcos60=一 613N，一 Ry=一 Q(vu)cos60=(v 一 u)2=一 221N。【知识模块】 水动力学基础11 【正确答案】 P 1 一 P2 一 R=Q(v2 一 v2)，P1=156800N，P 2=2450N，R=98350N。【知识模块】 水动力学基础12 【正确答案】 【知识模块】 水动力学基础13 【正确答案】
17、v 1=v2=v=198ms ，一 Rx=Q(v2cos135一 v)，Fx=Rx=5.256kN。【知识模块】 水动力学基础14 【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。【知识模块】 水动力学基础15 【正确答案】 【知识模块】 水动力学基础16 【正确答案】 【知识模块】 水动力学基础17 【正确答案】 【知识模块】 水动力学基础18 【正确答案】 【知识模块】 水动力学基础19 【正确答案】 【知识模块】 水动力学基础20 【正确答案】 【知识模块】 水动力学基础21 【正确答案】 【知识模块】 水动力学基础22
18、 【正确答案】 【知识模块】 水动力学基础23 【正确答案】 【知识模块】 水动力学基础24 【正确答案】 【知识模块】 水动力学基础25 【正确答案】 (1)=(x 2+y2)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。【知识模块】 水动力学基础26 【正确答案】 u x=2(yH) 1/7=2(35) 1/7=186ms ，p A=(Hy)+ =213kPa 。【知识模块】 水动力学基础27 【正确答案】 存在流函数：=d=-u ydx+uxdy=(x+1)xy 一 +C，存在速度势函数：=d=u xdx+uydy= ,qAB=A
19、一 B= ,xy=yx=一 4y，p xx=-2(2x+1)， pyy=2(2x+1)，【知识模块】 水动力学基础28 【正确答案】 恒定流、连续、流线方程：xy+2x 2 一 2y2=c、有线变形、有角变形、无涡流、有势流、【知识模块】 水动力学基础29 【正确答案】 【知识模块】 水动力学基础30 【正确答案】 【知识模块】 水动力学基础31 【正确答案】 Q=Q 1+Q2，Q 2=QQ1=1250-325=925m3s,【知识模块】 水动力学基础32 【正确答案】 【知识模块】 水动力学基础33 【正确答案】 NS 方程可化为： 积分得：u x=C1y+C2，C 2=0，【知识模块】 水动力学基础34 【正确答案】 u1H=u2h，Q=0 747m 3s.m，P=20492Nm 。【知识模块】 水动力学基础35 【正确答案】 【知识模块】 水动力学基础
