天津大学819水力学考研2000-2005年真题和答案

1、天津大学研究生院2000 年招收硕士研究生入学试题考试科目： 水力学题号： 431一基本概念题1 （5分）简述静水压强的两个重要特性；在国际单位中，静水压强的单位是什么？2（ 6 分）解释绝对压强，相对压强，真空度的概念。3（ 7 分）实际液体运动存在层流和紊流两种流态，可用雷诺数 Re 来判别。写出管流时雷诺数 Re的表达式；说明每个符号代表什么？解释雷诺数的物理力学意义。4（ 6 分）解释容重和密度的概念；写出它们的国际单位5（ 5 分）画出 AB受压面上的静水压强分布图 1 26（ 5 分）画出曲面AB上的压力体图7（ 6 分）指出图中1 1， 22， 3 3 哪些是等压面，哪些不是等压

2、面？油水水8（ 5 分）某一过水断面给出了三个物理量：z， p/ ， v，分别写出该过水断面的位置水头; 测压管水头；总水头9（ 5 分）明渠水流有三种流态：缓流，临界流和急变流，可用佛劳德（Froude ）数Fr来判别。解释佛劳德数的力学意义。10（ 5 分）对规则波，当水深一定时，若波周期增大，波长如何变化？11（ 5 分）泥沙级配曲线通常画在半对数纸上，横坐标表示泥沙粒经，纵坐标表示所求沙样中粒经小于横坐标上相应某一粒经德泥沙在总沙样中所占的重量百分比，解释中值粒经d50。二计算题（共1（ 10 分）50 分）如图，曲面 AB 为半径 3 米，长（垂直纸面方向） 5 米的 1/4 圆弧。

3、求作用在曲面 AB 上静水总压力的水平分力和铅直分力，并指出水平分力和铅直分力的方向。 （水的容重10KN/m 3）2.(15 分 )在一管路上测得过水断面11 的测压管高度p1为 1.5 米；过水面积A1 0.05m2，222 过水面积 A20.02 m2, 两个断面间水头损失hwv10.5 2g，管中流量Q 20L/S。试求 2 2 断面上的测压管高度p2 。已知： z12.5m, z22.6m ，动能修正系数取121 。（提示：注意流动方向）3。（ 15 分）图中为一溢流坝，上游11 断面水深h11.5m ，下游2 2 断面水深h20.6m ，略去水头损失，并假设1 1 断面距坝较远，2

4、2 断面水深较平顺。求水流对方向）的水平作用力。(上下游河床底为平底，河床摩擦力可忽略；水容重10KN/m 3)1m坝宽（垂直纸面4（ 5 分）a22)已知某流场的流速势为2( xy ， ( a 为常数 )，试求 ux 及 uy5（ 5 分）已知物体在液体中所受的阻力F 与液体密度，液体粘滞系数，物体的运动速度u，物体的大小（用线性长度L 表示）有关，试用量纲分析法（定理），求出在液体中运动的物体所受阻力的关系式。天津大学研究生院2001 招收硕士研究生入学试题考试科目： 水力学题号： 431一基本概念题（45 分）1 在孔口和管嘴出流中，如果孔径相同；作用水头相同，通过孔口的流量和通过管嘴的

5、流量哪个大？为什么？ (5 分 )2 画出下列图中各标有ABC 受压面的静水压强分布图。（ 6 分）（ 1） 12（ 2）3 各曲面 ABCD上的压力体图。 ，并指出垂直压力的方向。（ 6 分）（ 1）(2)4.有一圆形水管，其直径d 为 0.1m ，管中平均流速V 为 1.0m/s，试判别管中水流运动是层流还是紊流？（水的运动粘滞系数v 0.0131cm2/s） .(6 分 )5液流产生水头损失必须具备哪两个条件？（5 分）6在应用恒定流能量方程时，为什么不能把过水断面选在急变流断面？（5 分）7. 解释绝对压强，相对压强，真空度的概念。8.写出恒定平面势流中，流速势（x,y ） ,流函数

6、(x,y) 与流速的关系。 （ 6 分）二计算题（ 55 分）三 1 某压差计如图所示，已知H AH B1H0.5m ,求 P APB 。（7 分）m ，空气水水m3汞 m32.两水池隔墙上装一半球行堵头，如图已知：球形堵头半径R 1m测压管读数h=200mm求：水位差H求半球形堵头的总压力及作用点（ 15 分）m3汞 m33 水平大小套管， ，内伸小管进口处形成突缩水流。 大小管直径为 d1，d 2；流速V1, V 2;压强 p1 ， p2 ，通过流量为 Q，容重为的水流时，推求突缩水流的水头损失h j 的表达式2及测压管水头差Hp 的表达式。（要求：两式均表为 v 的倍数关系）2g（提示：

7、两测压管断面处均为渐变流，两断面相距很短，忽略该流段管壁摩擦力，并认为大管末端处压强等于大管内压强）（13 分）测压管4。从一水面保持恒定不变的水池中引出一管道，该管路末端流入大气。管路有三段直径不等的管道组成，其过水面积分别式222A10.05m , A20.02m , A30.04m ,如水池容积很大，水流行进流速可以忽略（V30）。不计管路水头损失。2（ g 10m / m ）求：出口流速 V 3及流量 Q绘出管路的测压管水头线和总水头线(12 分)5在管道和明渠均匀流中， 总流边界上的平均切应力与断面平均流速 V ，水力半径R，液体密度，液体动力粘滞系数，粗糙表面的凸起高度有关。试用量

8、纲分析法（定理）推求与上述量的关系式。 （ 8 分）天津大学研究生院2002收硕士研究生入学试题考试科目： 水力学题号： 431一基本概念题（45 分）1 图示平板闸门置于水中，当上，下游水位都上升1 米（虚线所示） 。问图（a）,(b)中闸门上所受静水总压力的大小及其作用点是否改变？为什么？试用图解法分析之。（6 分）2.明渠均匀流有哪些主要水力特性？（5 分）3 粘性底层很薄，仅十分之几毫米，它在水力学研究中确有十分重要的意义。试通过粘性底层的厚度1 与绝对突起高度关系分析之。 （ 5 分）4 同一棱柱型长直道上的二个渠段，流量相同，且为恒定流。在下列条件下：（1）粗糙系数 n 不同（ n

9、2 n1 ），其他参数都相同 ;（2）底坡 I 不同（ i 1i 2 ），其他参数都相同 ;（3）底宽 b 不同（ b2b1 ），其他参数都相同试问二渠段的正常水深h0 是否相同，如不同，分析前后两段哪段大？哪段小？（6 分）5有一长直棱柱体渠道，断面为矩形， 流量恒定，水深h00.8m ，单宽流量q3m3 / sm试判别该水流是急流，还是缓流？（5 分）6淹没式宽顶堰的判别的充分必要条件式什么？（5 分）7如图所示，为该装置即时的水流状态，若阀门开度减小，阀门前后两根测压管中的水面将如何变化？为什么？（ 8 分）8等压面式水平面的条件是什么？（5 分）二计算题（ 55 分）1 图示密闭容器中

10、盛有水，并装有一U 行水银测压计，今测得h=0.45m,H=1.0m, 求容器中水面上的相对压强p0 ？（ 8 分）水水银2。一弧形闸门，宽b=4m,圆心角a=45，半径r=2m, 门轴与水面齐平，求作用在弧形闸门上的静水总压力及其作用线与水平面的夹角？（10 分）3 某一矩形断面平底渠道，宽度 b=2.6m, 河床在某处抬高， 坎高 a=0.3m, 上游水深 H 1.8m,下游水深 h=1.38m, 局部水头损失为下游渠道流速水头的1/2 。求（ 1）渠道的流量Q=? (2)水流对坎的水平推力R=?（ 12 分）4，有二渠道通过三段直径D=1.0m 的混凝土管连成一条虹吸管跨过山丘取水，高水

11、位渠道水面高程1100m，低水位渠道水面高程298m ，虹吸管长度L1 8m，L212m ， L315m ；中间有两个弯头，每个弯头的局部损失系数b0.36，进口水头损失系数0.5，1230.02a（ 1）求虹吸管的输水能力？（ 2）当 Z 6.0m 时，求虹吸管中最大真空值hv ?（ 3）定性绘出虹吸管的测压管水头线。（ 18 分）2225对于 u x 2xy, uy axy 的平面流动， a 为常数，试分析判断：（ 1） 是恒定流还是非恒定流？（ 2） 是均匀流还是非均匀流？（ 3） 是有旋流还是无旋流？（ 7 分）天津大学研究生院2003 年招收硕士研究生入学试题考试科目： 水力学题号：

12、 431一单选题（每小题2 分，共 12 分）1 在明渠均匀流中取一六面体，其所受的外力；作用在该六面体上有（）(a)切应力，正压力(b)正压力(c ) 正压力 ,重力(d)正压力，切向力，重力2 圆管的水力半径是（）（ a） d/2(b)d/ 3(c)d/4(d)d/4等直径圆管中层流的过流断面流速分布是（）(a)呈抛物线分布（ b ） 呈 对 数 线 分 布（ c）呈椭圆曲线分布（ d）呈双曲线分布有平面流， ux22242xy, uy axy ， a 为常数，该流动为（）(a) 恒定有旋流(b)_恒定无旋流（ c）非恒定有旋流（ d）非恒定无旋流5 宽顶堰形成淹没出流的充分条件是（）a

13、hs 0b hs0c hs 0.8H 0 d hs1.0H 06 在尼古拉兹的沿程阻力系数实验中哪一个的阻力系数与雷诺数无关（）（ a）紊流粗糙区（ b）临界过渡区（ c）紊流过渡区（ d）紊流光滑区二判断题（每小题 3 分，共 24 分）判别下列说法是否正确，若正确在括号内划，否则划1理想流体与实际流体的区别仅在于，理想流体不具有粘滞性。（ ）2下游水流超过堰顶时一定会形成淹没式堰流。( )3明渠中均匀流一定式恒定流( )4. 壁面光滑的管道不一定是水力光滑区。（ ）5短管是指管路的几何长度较短。( )6. 明渠水流的测压管水头线不可能沿程上升。（ ）7 凡是正确反映客观规律的物理方程式，必

14、然是一个齐次量纲式。（ ）8相对静止流体的自由液面一定式水平面。（ ）三简答题（每小题5 分，共 20 分）1 层流与紊流的内部切应力有何不同？2 尼古拉兹实验的主要研究成果有哪些？3 明渠恒定流均匀流的水流特征有哪些？4 写出恒定流， 正压理想流体在有势质量力作用下运动下运动微分方程的可积条件和运动形式。四绘图题（每小题5 分，共 20 分）画出压强分布画出压力体312 0画出测压管水头线和总水头线（考虑沿程，局部损失）画出流线五计算题（共74 分）1 图示为差动式比压计，两水银柱高求 A,B 两容器中心处的压强差？（y=0.36m, 其他液体为水， 18 分）A,B两容器高差z=1m ，2

15、.如图所示，一弧形闸门，其宽度b=6m, 圆心角 30，半径R=2.5m, 闸门轴与水面齐平。求水对闸门的总压力及总压力对轴的的力矩？（18）3 如图所示，嵌入支座内的一输水管，管径d =1.5m,d2=1.0m, 当支座前的压强p =4.011个大气压时（相对压强） ，流量为 1.8m3/s,管轴线为水平，不计水头损失，求渐变段的支座所受的轴向力？（ 20）4。圆形有压涵管穿过路基，管长l=50m,管径 d= 1.0m,上下游水位差H =3m,管路沿程阻力系数 0.03，局部阻力系数：进口=0.5,弯管 0.65，水下出口 1.0，abse求通过流量？（18 分）路基天津大学研究生院2004

16、 年招收硕士研究生入学试题考试科目： 水力学题号： 431一判断题（共 10 分，每小题1 分）（正确划，否则划）1在静止液体中取一微分六面体，其所受到的表面力有正压力和切向力。（ ）2 当下游水位超过堰顶时，一定会出现淹没式堰流。（ ）3 明渠均匀流一定是恒定流（ ）4 对于孔口为淹没出流，若两个孔口的形状，尺寸相同，在水下的位置不同，其流量相等（ ）5 内表面几何光滑的管道一定是水力光滑管。（ ）6 均匀流基本方程：0RJ ，既试用于层流也试用于紊流。（ ）7 流场中流线的疏密程度反映该处的流速大小。（ ）8 用能量方程推导文丘里流量计的流量公式QKh p 时，管道水平放置与倾斜放置其结果

17、不同（ ）9 水力最佳断面是进行渠道设计必须遵循的标准。（ ）10长管是指其线性长度长的管道（ ）二选择题 :(每题 3 分，共 15 分 )（多项选择，在正确说法的ABCD上划圈）1 有压管道的总水头线与测压管水头线的基本规律是：A. 总水头线是沿程下降的B. 测压管水头线是沿程下降的C. 总水头线和测压管水头线沿程可升可降D. 测压管水头线沿程有可升可降2 宽顶堰。薄壁堰，实用堰的判别标准是：A. / H 0.67 为宽顶堰B.0.67/ H2.5 为实用堰C. / H 0.67为薄壁堰D. / H 2.5为宽顶堰3等直径圆管中的层流：其过流断面平均流速是圆管中最大流速的A.1.0 倍B.

18、1/3倍C.1/4倍D.1/2倍3 当某点处存在真空时，该点的A. 绝对压强为正值B.相对压强为正值C.绝对压强为正值D.相对压强为负值5. 在实验室做实验时，当矩形长水槽的流量 Q，粗糙系数 n 一定时，在底坡 i0 的情况下，调整底坡的大小，可以出现：A. 非均匀流B.非恒定流C.急流D.临界流三绘图题：（共 10 分）1 绘出下图平面 (ABCD)上的相对压强分布图： （ 3 分）2绘出下图中曲面（二向柱面）上的压力体并指出铅垂方向分力的方向：（3 分）3.下图为一输水系统，试定性绘出总水头线与测压管水头线。（4分）四 简答题（每题4 分，共 32 分）1 圆管中层流与紊流，其流速分布有

19、何不同？为什么有此区别？2 写出流体指点运动加速度表达式（欧拉法）3 层流与紊流的内部切应力有何不同？4 在作用水头相同，出口面积相同的情况下，为什么外延管嘴比孔口的流量大？5 写出明渠恒定均匀流的主要水力特征。6 写出佛劳德数的数学表达式，并说明其物理意义。7 何谓断面单位能量（断面比能）？8 写出等压面是水平面的条件.五 计算题（ 83 分）1 为了测量两条供水管道的压强差，安装一水银压差计（如图示），试建立A,B 两点压强差计计算表达式？（10）2 已知流场u x2xy试分析判断该平面流动u y a y2（1）是否满足连续性微分方程？（3）是均匀流还是非均匀流？（2）是恒定流还是非恒定流

20、？（4）是有旋流还是无旋流？（10 分）33有一长直棱柱型渠道， 断面为矩形， 流量恒定， 水深 ho=0.8m ，单宽流量 q=1.2m /s.m，试判断该水流是急流还是缓流？4某渠道建有一平板闸门排水闸，闸门与渠道同宽，门宽 2m，当闸门在某一开度时，闸门前水深 H=2.5m ，闸孔后收缩断面水深 h0=0.5m,闸孔出流局部水头损失为 c-c 断面2流速水头的1/2，即 h j0.5vc,求此时作用于平板闸门上的动水总压力（不计摩擦2g力）？（25 分）2（注：三角号上的表达式为v ）2g5如图所示，涵洞进口设有圆形平板闸门，其直径为d=2m ，闸门与水平面呈60夹角， B 点为门铰，门

21、重 G 9800N ，求开启闸门所需的力T?（不计摩擦力）（15 分） 606。已知固定的桩柱在流动的液体中所受到的阻力F 与流体的密度，动力粘滞系数，流速 u,及桩柱的线性长度L 有关，试用量纲分析法（定理）推求桩柱绕流阻力F 的表达式？（ 15 分）天津大学研究生院2005年招收硕士研究生入学试题考试科目： 水力学一判断题（在括号内，正确划，否则划，每题1任一点静水压强的大小和受压面方向有关。（）2 分，共10 分）题号： 431对于均匀流，不同过水断面上各点测压管水头为一常数。（ ）3用欧拉法描述流体运动，质点加速度等于时变加速度和位变加速度之和. ( )4.管道中紊流时过水断面上的流速

22、分布比层流时流速分布均匀。5 于明渠均匀流，总水头线，水面线，底坡线三者相互平行。二选择题（在正确说法的ABCD 上画勾，每题3 分，共（ ）（）15 分）1 水深为 h 的明渠水流，过水断面的平均流速可用水面下某点的流速近似，该点的位置在水面下：；2.闸门出流的流量与闸前水头，堰流流量与堰顶全水头的关系：A.1/2 次方， 3/2 次方B. 3/2次方 , 1/2 次方C.1/4 次方 ,3/4 次方D. 3 /4 次方 , .1/4 次方3. 作用水头相同，出口面积相同，圆柱形外管嘴流量和孔口流量的关系：A. 管嘴流量小于孔口流量;B.管嘴流量等于孔口流量C. 管嘴流量大于孔口流量D.管嘴

23、流量与孔口流量无固定关系4 堰流分为薄壁堰，实用堰和宽顶堰，其主要依据是：A. 堰坎厚度与堰上水头B.堰坎高度与堰上水头C. 堰坎厚度与过堰流量D.过堰流量与堰上水头115在明渠均匀流中取一六面体，其所受的外力；作用在该六面体上有（A. 切应力 ,正压力B. 正压力 ,惯性力，重力C. 正压力 ,重力D.正压力，切向力，重力三绘图题（共15 分）1 定性画出图中实际流体简单管道自由出流时测压管水头线和总水头线。 1222（注： 1v0，H 0hw1 22v ）2g2g2 画出下图 AB 受压面上的静水压强分布图1 23 画出下图AB 曲面上的压力体图，并标出垂直压力的方向.四。简答题（每题5

24、分，共 30 分）1. 简述尼古拉兹实验得出的沿程阻力系数的变化规律。2. 明渠水流有哪三种流态？如何用佛劳德数对之进行判别？并从佛劳德数的力学意义进行说明。23. 绕流阻力 F 的计算公式为 FCA U0,式中， C 为无量纲的阻力系数； A2为物体的投影面积； U 0为来流速度；为流体密度。试分析该公式是否符合量纲和谐性原则。4.分别写出恒定平面势流中流函数，势函数与流速 ux 和 uy 的关系式。5.某简单剪切流动，其流速分布为uxcy, u y0，其中c 0。试判别这个流动是势流还是有涡流？6. 实际液体运动存在哪两种形态？写出其判别无量纲参数表达式，并说明该无量纲参数能判别液流形态的

25、道理。四计算题（ 80 分）1 如图一弧形闸门AB, 圆心角45 ，半径 r=2m, 闸门转轴与水平齐平。求作用于单宽闸门上的静水总压力。(15 分)2 在某供水管路上装一复式U 形水银测压计， 如图所示。 已知测压计显示的各液面的标高和A点的标高为：11.8m,20.6m,3 2.0m,40.8m,a5 1.5m，试确定管中 A点相对压强。（13.6103 kg / m3 ，1103 kg / m3 ）。（17 分）H3 如图所示，上游水位水深h1=1.5m, 下游断面水深 h2=0.6m,1m坝宽的流量Q31m 坝宽（垂直纸面）的水平作用力。注：河床2.75m /s, 略去水头损失；求水流

26、对摩擦力不计，为方便计算取1000kg/m 3,g=10m/s 2.(18 分 )4 如图虹吸管，上下游水位差H=2.6 ，管径 d350mm 沿程阻力系数 0.0275，每个弯头的局部水头损失系数120.2 ，阀门的局部水头损失系数30.15 ，进口水头损失系数4.97 ，出口水头损失系数1.0 。管长456AB 为 15m， BC 为 20m，虹吸管顶部安装高度h25m 。虹吸管最高点允许真空压强为 7m 水柱。忽略上下池行近流速水头。试求：（ 1）虹吸管的输水量； （ 2）虹吸管安装高度h2 是否满足要求。 （ 20 分）5。在射流技术中，把两股速度相等，直径不等的同轴射流互相冲击，如图

27、所示。冲击区系在大气包围之中。冲击后射流成一锥形。忽略冲击的损失，求锥形角与d2/d1 的关系。（10 分）天津大学研究生院2000 2005 年招收硕士研究生入学试题水力学参考答案参考教材普通高等教育“十五”国家级规划教材水力学第三版高速水力学国家重点实验室（四川大学）编吴持恭主编高等教育出版社天津大学研究生院2000 年招收硕士研究生入学试题考试科目：水力学一基本概念题1 1静水压强的方向与受压面垂直并指向受压面 2任意点静水压强的大小和受压面方向无关，或者说作用于同一点上各方向的静水压强大小相等。(P14) Pa 或 Kpa(P14)2.以设想没有大气存在的绝对真空状态作为零点计量的压强

28、，称为绝对压强。P把当地大气压作为零点计量的压强，称为相对压强。P真空度是指该点绝对压强小于当地大气压强的数值。即 Pk =Pa- P(P26-P27)3vdvd1 R e2：液体的密度，：动力粘度：运动粘度d ：管径3雷诺数是表征惯性力与粘滞力的比值。(P128-P130)431单位液体体积的重量。N/m32单位液体体积的重量。kg/m5.略.(P55)6.略。(P57)71 1 不是等压面，2 2， 33 是等压面。8位置水头 z测压管水头（P总水头 zPv2z）(P79)2g9代表水流的惯性力和重力两种作用的对比关系。(P229-P232)二计算题1解：（1）先求水平分力F PXF PX

29、hc ? A10 4 3 5 600KN(2) 求垂直分力 F PZF PZVV2.535132572.84m24则FPZV1072.84728.4KNtanF PZ,arctanF PZ50.5(P45-P46)F PXF PX2解：由连续性方程，有V1A1 V 2A2Q, Q20L / s0.02m3 / s, A10.05m3, A20.02m3解得：V 10.4m / s,V 2 1m / s由能量方程过水断面1 1 与过水断面 2 2 有：P11V2P 22V2z11z22hwg2gg2g其中p11.5m, z12.5m, z2 1.6m, hw 0.5v20.50.424.1 10

30、 3 mg2g2g令121 ，代入上式解得：P22.35mg题目中： 1 1 断面总水头P11V210.42z112.54.01mg2 g1.52g2 2 断面总水头P22P22P 2z22V 22.61 1g2gg2.65g2g假设水流由1 1 断面流向22 断面，列能量方程有：P12P 22z11V 1z22V 2g2gghw2g解得： P21.36m(P111)g（注： 本题为书中一道习题，但与书中的有些出入，不知是不是原题出现了错误，所以就假设了水流由1 1 断面流向22 断面的情况。 ）3解：取 x 轴向右为正F P11gbh2 , F P 21gbht2 , F x F P1F P

31、 2 F Rx22沿 x 轴方向动量方程式为：Q(2v2 x1v1 x)因 v1x v1 Q , v2 x bhQ2( 11)bhtbh由此解得：F xQ12，于是动量方程为vt，令：bht1gb(h2t2)FRx2h1222 Q211FRxbghg tb2()2hhth(注：上述为书中一道习题，将题目中给的数值代入即可得出答案。)(P99)4解：a (x2y2 ), uxxax ,uyyay25P109.天津大学研究生院2001 年招收硕士研究生入学试题考试科目：水力学一基本概念题1通过管嘴的流量大。详细解答参考书中(P87-P92).2.(1) 。略（2）略3略(1)(P57 )(2)(P

32、45)4evd1.0 0.1763362000,因此管中水流为紊流。(P129)R0.01315(1) 液体具有粘滞性；（ 2）由于固体边界的影响， 液体内部质点之间产生相对运动。（ P120）6.当水流为急变流时，其动水压强分布规律与静水压强分布规律不同，而使用能量方程时，同一断面测压管水头 zP（ P76,P82）值应相等， 故不能把过水断面选在急变流断面。g7.(P26-P27)8.流速势(x, y) 与流速的关系： u x， u yxy流函数与流速的关系：u x， u y(P196-P197)yx二计算题1解：对 1 1 断面，有PAH2 O H AP aHgHPa 为气体压强又有PBPaH2O H B由，式解得PAPB 47.04 Kpa（ P31-P32 ）2.解：以右端位置较低的汞与水的接触面为水平线作11 断面（1）11 段H2 O h1Hg hH2 O h2又有 :h2Hh1h由，式解得h2Hh1h HHgH 2Oh2.52mH 2O其中， h1 为左端汞到左端液面的距离；h2 为右端汞到右端液面的距离。（2） 对左边水池，令自由面到圆心的垂直距离为3 ，则Fpx左g3Ax ，方向水平向左，hh作用点为过圆心的水平线与半圆弧的交点