河海大学研究生考试水力学真题答案.docx
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河海大学研究生考试水力学真题答案
河海大学2007年攻读硕士学位研究生入学考试试题解析
考试科目名称:
水力学
一、是非题(每题2分,共20分)
1.√
【参考答案】快层对慢层作用着与流动方向一致的切力,促使慢层加速;慢层对快层作用着与流动方向相反的切力,使快层减速。
2.×
【参考答案】根据,一般来言,>0,则>,即压力中心D点在受压面积的形心点以下,这是压强分布规律导致的必然结果;只有在受压面为水平面的情况下,平面上的压强分布时均匀的,压力中心D与形心C重合。
【点评】对于公式的特殊情况一定要牢记。
3.√
【参考答案】定义:
如果原型与模型上相应点上作用的同名力方向相同,大小成某一固定比例,则称为动力相似。
【点评】力学相似的条件:
①几何相似:
原型和模型所有相应线段的长度维持一定比例。
②运动形似:
原型和模型所有相应点的速度,加速度的大小维持一定比例,方向相同。
③运力相似:
原型和模型所有相应点上各种作用力方向相同,大小成比例。
三者的关系:
几何相似时前提和依据,动力相似一定运动相似,运动相似是其它相似的具体表现和后果。
(动力相似牛顿相似定律)
4.√
【参考答案】根据粘性底层厚度与绝对粗糙度的对比可将紊流壁面分为以下三类:
①<,紊流光滑面;
②<<+,紊流过渡粗糙面;
③>+,紊流粗糙面。
对固定管道,绝对粗糙度是确定的;但粘性底层厚度和过渡层的厚度随变化。
5.×
【参考答案】根据通过泄水建筑物的几个不同的流量计算相应的、,并确定,使为最大值所对应的流量作为计算消力池深度的设计流量,而消力池长度则取最大流量作为设计流量。
6.×
【参考答案】
可做如下分析:
形水面曲线,为缓流
形水面曲线,降水曲线即为沿程减小的。
【点评】这类题都可用这种方法分析得出,先判断是缓流还是急流,再判断是降水还是雍水,利用可得出断面单位能量沿程变化情况。
7.×
【参考答案】几条管道在同一点分叉,然后又在另一点汇合的管道称为并联管道,其特点为:
①各条管道在分叉点和汇合点之间的水头损失相等;
②管道系统中的总流量等于各并联管道中的流量之和。
8.×
【参考答案】淹没出流的条件有两个(适用于薄壁堰和实用堰):
①下游水位高于堰顶;
②堰下游发生淹没水跃。
要同时满足这两个条件,则发生淹没出流。
9.×
【参考答案】在紊流运动中,可划分为三个区:
①粘性底层:
紧靠壁面处的极薄液层,由于壁面限制,紊动受到抑制,因此粘滞切应力占主导地位,即;
②过渡层:
介于粘性底层与紊流核心区之间的过渡层;
③紊流核心区:
很小,占主导地位。
(—两流层间时均流速相对运动产生的粘滞切应力;—由脉动引起的附加切应力)
10.×
【参考答案】
如图所示:
①当,
;
其中,,
即B管的液面低于A的。
②当
二、选择题(每题2分,共20分)
1.(4)
【参考答案】可以用排除法:
(1)流线一定互相平行。
×只有均匀流的流线才互相平行。
(2)断面平均流速必定沿程不变。
×只有均匀流的断面平均流速沿程不变。
(3)不同瞬时流线有可能相交。
×与题干中给的恒定流不相关。
(4)同一点处不同时刻的动水压强相等。
√
【点评】恒定流是当地加速度等于0,均匀流是迁移加速度为0。
恒定流是时间关系上的不变,均匀流是空间关系上的不变。
2.
(2)
【参考答案】临界水深决定于流量、过水断面形状尺寸有关,跟底坡和糙率无关,故=。
正常水深决定于流量、过水断面形状尺寸有关,跟底坡和糙率也有关,底坡越大,正常水深越小;糙率越大正常水深越大。
3.
(1)
【参考答案】紊流的流速分布形式主要有两种:
对数分布(普朗特理论)、指数分布(尼古拉兹实验)。
4.(3)
【参考答案】明渠均匀流满足:
;亦可以看做连通器,。
5.(3)
【参考答案】按堰顶厚度与堰前水头之比,将堰分为三类:
①,薄壁堰;
②,实用堰;
③,宽顶堰。
根据题干由,故属于实用堰。
6.(3)
根据上图:
型水面曲线中,;根据下图可判断为急流,且型水面曲线发生于陡坡,陡坡发生均匀流必为急流,所以为型水面曲线均匀流急流。
7.(4)
【参考答案】根据公式:
,所以必须、以及全部相等才会下界雷诺数相等。
8.(4)
【参考答案】闸坝下有压渗流流网的形状仅于边界的几何形状有关。
9.
(2)
【参考答案】由;
所以,所以为急流。
10.
(1)
【参考答案】流线是某一瞬间在流场中绘出的曲线,线上各质点的速度与之相切。
(1)恒定流:
运动要素不随时间变化,故流线在恒定流中时固定不变的。
(2)流线在非均匀流中一样存在。
(3)流线仅在恒定流中总是与质点的运动轨迹相重合。
(4)流线与速度向量相切。
三、填空题(每题2分,共20分)
1.2,相对粗糙度
【参考答案】根据尼古拉兹实验(人工粗糙管)成果,可以分为以下各区:
①层流区:
,即~
②层流到紊流过渡区:
无规律;
③紊流区:
光滑区仅仅是的函数,~,~,~;
过渡区是和的函数,即;
粗糙区仅仅时的函数,与、均无关,~。
2.1:
2
【参考答案】由公式;;,可分析如下:
3.
【参考答案】根据公式;
其中;;
可分别求出、、。
【点评】经常出现的填空题,需熟练掌握计算公式。
4.,
【参考答案】考察相对压强和绝对压强以及真空压强的关系
,
其中,—绝对压强,—相对压强,—真空压强。
;
。
5.
【参考答案】根据公式:
;其中=5,=17;
式中:
—上下游水头差;—条流线将渗流区分为条流带数;—条等势线将渗流区域划分成条等势带数。
【点评】考察公式的熟练运用。
6.<,>,<
【参考答案】急流时:
,,;
缓流时:
,,。
7.平,缓,降水曲线
【参考答案】型的水深,,为一降水曲线,属于缓流。
8.,
【参考答案】;
【点评】务必熟悉这种题型求流(势)函数解法,属送分题。
9.直接水击,间接水击
【参考答案】由于阀门的关闭需要一定的时间,故可根据与的关系将水击分为两类:
①直接水击:
当时,阀门处的水击压强未受到来自上游水库反射波的影响,能够达到最大值。
②间接水击:
当时,阀门处的压强受到来自上游水库反射波的影响,不能达到最大值。
10.力学相似,
【参考答案】重力相似准则:
;
【点评】重力相似准则:
;。
四、计算题(共6题,每题15分)请将答案写在答题纸上。
1.【参考答案】由等压面可得(在等压面处左右管压强相等处列等式):
设水的密度为,,为水银的密度。
加水后,假设右边下降高度,
则左面的上升高度为,左右的高差是;
在等压面处,左右压强相等处列:
于是可得到压差计读数为0.43。
【点评】考察水静力学中等压面原理的应用,找出对应的等压面,等压面处两边压强相等(连通)。
2.【参考答案】假设中间速度。
【点评】本题是对牛顿内摩擦力的考察,运用牛顿内摩擦定律,分清楚相对运动即可解出。
3.【参考答案】
分析过水断面1—1、2—2,列1—1、2—2的能量方程:
----------------------①
选取控制体,建立坐标系,在方向:
-------------------------------②
由①代入②:
【点评】考察连续性方程、能量方程以及动量方程。
注意以下两点:
①如果求力用动量方程,求压强用能量方程,求速度用连续性方程。
②通常中包括:
重力、断面压力及外力。
,具体计算看哪一项有,哪一项无。
③列能量方程时,先选基准面,再选基点。
如果有自由液面就选自由液面,基点就选在基准面处;如果是管道就选管轴心为基准面,基点就选在断面处的管轴心。
④列动量方程时,先选控制体(即水流断面及管壁包围的液体)
自己选一个坐标系,力的方向未知时先假设其方向,算得结果为正,实际力的方向就是假设的方向,负则相反。
列方程时,力与所选的坐标系正向一致时取正,不一致取负。
4.【参考答案】
画出对应的压力体图如上所示:
(2)根据力矩平衡:
【定评】考察水静力学部分内容,要正确的分析画出压力体图,画哪部分压力体看这部分曲面受到哪部分液体作用。
5.【参考答案】根据明渠谢才公式:
,而
6.【参考答案】
(1)满足连续方程:
即
积分可得
(2)存在流函数:
【点评】具体步骤如下:
利用积分,求出,
再对求的导函数,与对照,求出,进一步就可求出,从而确定。
(3)不存在势函数。
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