西安理工大学2013年硕研水力学入学试题答案.doc

1、选择题：33334,322442、一平板在液面上匀速运动，速度，平板面积。平板下有二层液体，其动力粘度分别为和，层厚分别为和，试确定平板所受的内摩擦力及平板下液体的流速分布和切应力分布。提示（1）因、很小，流速可近似的看作直线分布；（2）上下层界面上的切应力。解：设两层液体间界面上的流速为，切应力为，流速按直线分布，因此有：上层液体： 下层液体： 因为，即 由此得 将， ， ，和代入以上各式得 ， ，。3、在作等角速度旋转的物体上，装有一U型管式角速度测定仪，如图所示。测得U型管液面高差z=0.272m，两支管旋转半径分别为Rl=7.5cm，R2=3 7.5cm。求该物体的旋转角速度。解：取如图所示的坐标系，由静止液体的压强差分公式：dp=(Xdx+Ydy+Zdz)其中：XFx/m=mr2 cos/m=r2cos Y= Fy/m=mr2 sin/m=r2sin Z=-mg/m=-g可得：dp=(r2cosdx+ r2sindy-g dz) (2xdx+2ydy-g dz) =2d()-g dz= 2d(r2)-g dz 积分得：p=2r2-gzC，在液体表面上，p=0，那么在A表面：02R22-gz2C； 在B表面：02R12-gz1C 故， 2R22-gz2 2R12-gz1则：g(z2-z1)= 2 (R22 -R12), 即，gz=2 (R22 -R12)那么，。4、有一圆筒闸门挡水，圆筒与墙之间光滑接触，圆筒长度为L=2m，试求：（1）圆筒的重量；（2）圆筒作用于墙上的力。 解法1：（1）求圆筒的重量。由于圆筒处于平衡状态，所以圆筒的重量必与水作用于圆筒的铅直力相等。作用于AB面上的铅直力为作用于BCD面上的铅直压力为圆筒的重量为69.99-4.21=65.78（kN）（2）求圆筒作用于墙上的力。作用于BC与CD面上的水平分力互相抵消，圆筒作用于墙上的水平分力为解法2：如图所示压力体，则5、如图所示为一双喷嘴，两喷嘴射出（射入大气）的流速v2=v3 = 12m/s，管道及两喷嘴的轴线处于水平面上，忽略水头损失，已知管道直径d1= 0. 2m，d2 = 0. lm, d3 = 0.08m，求水流作用于喷嘴上的力。 注：列能量方程时，各管轴线高度差不计。解：1、求流量和流速v1Q1=Q2+Q3=0.09425+0.06032=0.15457(m3/s)2、求作用在断面1-1、断面2-2、断面3-3上的压强在喷嘴出口，p2=p3=pa=0，写断面1-1和断面2-2的能量方程3、写x、y方向的动量方程 负号说明假定Ry的方向与实际方向相反，所以Ry 的方向应向下。作用在双喷嘴上水流的作用力为作用力与水平轴的夹角为6、自河中利用一软管将水引入渠道如图示。如水位差H=6.0m，A点高出水面高度h=4.0m，管长m，m，管径d=0.2m，沿程阻力系数，问吸出流量Q为多少？A点的真空度为多少？解： 以上游水面为基准面，写1-1断面和2-2断面的能量方程，求真空度 7、已知液体质点的运动，由欧拉变数表示为，式中k为常数。试求液体质点的加速度和流线方程。解： 下面求流线方程，将，代入流线方程得，积分得 整理得 可见流线是一双曲线。8、有二条管道，其断面形状分别为圆形、正方形和矩形，它们的过水断面面积相等，水力坡度也相等，试求：（1）三者边壁上的切应力之比；（2）当沿程阻力系数相等时，三者的流量之比。第8题图解：（1）求三者边壁上的切应力之比设圆的切应力为1，正方形的切应力为2，长方形的切应力为3，则 （1） （2）因为，所以 （3） 由上式得，由式（1）和式（2）得由以式得。设，则，所以有 （2）当沿程阻力系数相等时，求三者的流量之比即 由上式得圆管和正方形管的流速分别为， ， 由此得 因为，所以，即 ， ， 取，由上式得，即 9、求圆形孔口出流的流量公式。根据对其孔口出流现象的认识，影响孔口出流流速v的因素有：作用与孔口上的水头H，孔口直径d，重力加速度g，水流的密度，动力粘滞系数及表面张力。试用定理求孔口流量公式。解：（1） 根据题意写出函数关系 （2）选取3个相互独立的基本物理量， H， v，（3）写出（n-3）=7-3=4个项 ； ； ；（4）根据量纲和谐原理，各项的指数分别确定如下：对1，其量纲为L：T：M：由此求得，得：求2，其量纲为 L：T：M：求得，得：求