水力学总复习题+答案

第1章绪论一、选择题TOC\o"1-5"\h\z按连续介质的概念，流体质点是指（ ）A.流体的分子；B.流体内的固体颗粒；C.无大小的几何点；D.几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有人量分子的微元体。作用在流体的质量力包拾（ ）A.压力；B.摩擦力；C.重力；D.惯性力。单位质量力的国际单位是：（ ）A.N；B.m/s；C.N/kg；D.m/s~。与牛顿内摩擦定律直接有关系的因素是（ ）A.切应力和压强：B.切应力和剪切变形速率：C.切应力和剪切变形。水的粘性随温度的升高而（ ）A.增大；B.减小；C.不变。气体的粘性随温度的升高而（ ）A.增大；B.减小；C.不变。流体的运动粘度u的国际单位是（ ）A.mVs；B.N/m":C.kg/m:D.N•s/m"理想流体的特征是（ ）A.粘度是常数；B.不可压缩；C.无粘性；D.符合pV二RT。当水的压强增加1个大气压时，水的密度增大约为（ ）A. 20000:B.loooo.c.硕6o水力学中，单位质量力是指作用在（ ）A.单位面积液体上的质量力； B.单位体积液体上的质量力；C.单位质量液体上的质量力；D.单位重量液体上的质量力。以下关于流体粘性的说法中不正确的是（ ）A.粘性是流体的固有属性；B.粘性是在运动状态下流体具有抵抗剪切变形速率能力的量度C.流体的粘性具有传递运动和阻滞运动的双重作用；D.流体的粘性随温度的升高而增V大。V已知液体中的流速分布卩一y如图所示，其切应力分布为（A.T=0；B.T=常数；C.T=ky（k为常数）。以下关于液体质点和液体微团的正确论述是（ ）A•液体微团比液体质点儿B•液体微团包含有很多液体质点;

C・液体质点没有人小，没有质量；D・液体质点又称为液体微团。TOC\o"1-5"\h\z液体的汽化压强随温度升高而（ ）A.增大；B.减小；C.不变；水力学研究中，为简化分析推理，通常采用以下三种液体力学模型（ ）A.牛顿液体模型；B.理想液体模型；C.不可压缩液体模型；D.非牛顿液体模型；E.连续介质模型。以下哪几种流体为牛顿流体（ ）A.空气；B.清水；C.血浆；D.汽油；E.泥浆。以下关于流体汽化压强的论述中，不正确的是（ ）A.液体的温度升高则汽化压强增人；B.液体的温度升高则汽化压强减小；C.液体的汽化压强随海拔高度而变化；D.20°C的水的汽化压强为latm：E.100°C的水的汽化压强为latm；F.水在常温卞不会沸腾；G.液体中的压力越人则汽化压强越人。以下哪几种流体为非牛顿流体（ ）A.空气；B.清水；C.血液；D.酒精；E.泥浆。二.计算题1、平板面积为40X45cm2,厚度为1.0cm,质量m二5kg,沿着涂有厚度＜5=1.0mm油的斜面向0（油的密度P=950kg/m3）o下作等速运动，其速度尸1・Om/s,带动油层的运动速度呈直线分布，斜坡角0（油的密度P=950kg/m3）o2、设水的体积弹性模量&=2.19x10^^0,试问压强改变多少时，其体积才可以相对压缩1%?3、温度为10°C,体积为2.5m3的水加热至60°C,体积增加了多少？（10°C的水的热胀系数为0.14X109）第2章水静力学一、选择题静止液体中存在（ ）A.压应力；B.压应力和拉应力；C.压应力和切应力；D.压应力、切应力和拉应力；相对压强的起量点是（ ）.解：由液体平衡微分方程=p(xcLr+ydy+竝)在液面上为大气压，d/?=0-acos30°dr-(g+sill30°)dz=0将以上关系代入平衡微分方程，得:一acos30°dv-(g+asin30°)dz=0=0.269dz acos30°=0.269一一=tana= dx g+asin30水对闸门的的作用力刘、为:水对闸门的的作用力刘、为:FpFp=pgl'A=1000x9.807x3x(3x2)=176526/加=l76.5Kpci水作用力的作用点切点:3 r+sui45存水作用力的作用点切点:3 r+sui45存2x3,sin45°x2-=4.423设所需拉力为件，则水的作用力和拉刖别对A点取力矩，有FpAD=Ft・AB・cos45°BP：Fp-(yD-OA)=Ft-AB-cos45e则有：176.5x(2.475-(几。-i)=Frx/xcos45°sin45 2解得：F.『=\39・52KN5・(1)*先求水平分力，由书/4半圆柱下半部分左右对称，水平分力相互抵消只有上半部分的水平分力Px=PC-A=[pg/g+久g"-亿-£）]•（尺xL）=[816x9.807x0.98+1000x9.807x（2.58-0.98-0.4）]-（0.8x1）=15686^=15.68kN再求铅直分力，，由日乍出的压力体可知P：=Pfg入•+p?g(h_hj・R・I+p曲衣・【43=816x9.807x(0.8x0.98xl)+1000x9.807x(2.58-0.98)x0.8xl+1000x9.807x-^x0.82xl4=33.60kN总压力：P=Jc_+ =37.06kN:0=arctaii^-=64.97°第3章水动力学基础答案一、 判断题1、(J) 2、(X) 3、(X) 4、(J) 5、(X) 6、(X) 7、(X) 8、3) 9.(X)10、3)11、3)12、3) 13、(X) 14、3) 15、(X) 16、(X) 17、3)18、N) 19、(x)TOC\o"1-5"\h\z20、 (x) 21、 (x) 22、W)23、 (x)二、 选择题1、(3) 2、(2) 3、(3)4、(1)5、(3) 6、(4) 7、(1) 8、(2) 9、(2)10、 (4) 11、(3) 12. (3) 13、 (1)三、 填空题1、艺尸=內、.（伙％-即）其物理意义为作用于液体外力合力等于单位时间内液体动虽的变化。2、 液流从总流断而1流到断面2时单位重虽液体的机械能损失的平均值。其虽纲是长度。3、 小于：低于。4、总流过水断面上平均单位动能；长度。5、不变：减小。6、1一1与3-3和1一1与2—2: 2—2与3—3。7、0.014mQ8、闭；p^> 9、渐变流；急变。10%0.008mo11、8.85m/So12、力2>力1。 13、型=临=j2g（H-hw）。14、 渐变流断面上z+门/Pg=C：动水压强或动水总压力。15、 -2ay-2ax=16、互相垂直的。 17、平移，变形，旋转。匹、相等：算术平均值，即1 du du厂尹取+〃,•,+化）；P-2卩言；P-2忖；P—2咤；19、液休或微团有无绕|'1身轴旋转（液体质点流速场足否形成微团转动）：液休或微团不存在绕H身轴旋转的流动（液体质点流速场不形成微团转动的流动）：比 Su O11X比・cox=co=0・；或一-=—、—-=—-—=—-ody dx. dz dx. oxoy四、计算题1.解：(1)流线屮=(x‘+y')/2=Const.

X(2)有旋(3) q=VB-屮几=6X(2)有旋(3) q=VB-屮几=6(4)因有旋运动,且A,B不在同一根流线上，所以A,B两点不满足方程—2gpg2.解:(1)adir dur dur du2.解:(1)a—-=—+uv—+ii,—+/仁一-

dt dt dx dy ~dz=0+ +(一壬)卩)2卩=lx24-^-x23x2xlx2=如.duv duv Ou、duvav=—-=—+wv—+!/v—+“■—->dtdtdxy勿~dzrdir申g1 鉱=o的>学地皆寸T=0+Ay2y+(--y3)x=lx23--x23xl=—则:(2)(3)则:(2)(3)(4)a=yja/+av2+ci:2=l3.06m/s2因速度只与X,Y有关，所以是二元流动。从(1)中可以看出，时变加速度均为零，则速度随时间不变，为恒定流从(1〉中可以看出，位变加速度不为零，为非均匀流。解：设与A点在一条流线上的点为点，口m点距离白山水而高为hm,hl二30cm,则列h点和a点的能呈方程^-+——Y2g就一么能呈方程^-+——Y2g就一么+竺Y2g，则:仏叫亠而Y2gPa=°+。水曲+。水劝川Pm=0+Q水劝川则有所以有：uA=y[2gh=^2x9.807x0.30=2.42^设与b点在一条流线上的点为n点,J1N点距离门山水面高为h2=20cm则列n点和b点的能虽方程2 a.v；広+空匚=△+—y2gy2g9807Pb=0+P油g仏+Q水g(h]-hJ+Q水g/心Pn=0+q水g/.，贝|J有Pe一Pz=。油g/g+Q氷gg—hj=8000x0.2+9807x0.1=Q9807=丁2驴0.263=2.27哆A水NA水N4.解：以喉管2断面为基准面，列1-1,2-2断而的能虽方程:邑+空Y2g=△2+邑+巫Y2g几邑+空Y2g=△2+邑+巫Y2g几-1人Y=（驴一驴+G）2g2g山连续性方程:对测压管，设左侧测压管内水银面到2断面处高为z,N-N而为等压而，得—+^+13.6xA/?=—+ +^+A/?//电_戸=Az+A/?-13.6xA/?=0.5+0.02—13.6x0.02=0.248w（水柱） （3）/将式（2）、（3）代入（1）式，令aL=a2=1,得0.248=-5^-^―^21+0.52g2gvx=0.573加/sQ=A“=丄加/：=O・O18〃7‘/s45.解：水流对弯管的作用力F,可通过弯管对水流的反力R来求.F=-R。设入口为1断而，出口为2断而。根据连续性方程可得:ViA=V2根据连续性方程可得:ViA=V2A2（1）对「1,2-2断面列能星方程:IX|吠一Pl对「1,2-2断面列能星方程:IX|吠一Pl|吠Y2g_丫2g2.0xl04Ixv；2.5xl04lxvr + = + L98072g98072g联立(1).(2)式，可得:人=2.63/77/5=4.12/77/5取弯管内的水流为研究对象，列动虽方程：p1A1-p2A2cos0-Rx=a0/?g(v2cos&—片)<0+p2A2sin&一R、=aQpQ(-v2sin&—0)TOC\o"1-5"\h\zJ —— —2.5x104x-2.0x104xl^/2cos60°-Rx=1.0x1000x0.129x(4.12xcos60-2.63)4 *<0+2.0X104X丄廿sin60-/?、=1.0X1000X0.129X(-4.12sui60-0)得：7?v=984.57V,/<=1004・3NR oR=1405.8N:^=arctg=45.57Rx6•解：平板静止不动以及平板以速度u向右运动的控制体、坐标系及截而上的流动参数分别如图所示。平板受力总绘与板的法线同向。计算中不计重力和粘性影响。pV2(1)平板静止不动时，不计重力影响的伯努利方程：—+——=const控制体的过流截面的压强都等于Y2g当地大气压pa,因此，％=叫=冬，再山连续性方程得，v0A0=\\A{+v2A2,Aq=Ay+A2考虑总流的动虽方程尸=(呛')流出一(呛')流入在X和y方向的投影式：X方向：0=01九儿+0,三(-V2)-刖0人0%sm0y方向:F=0-^oAo(-vocos^)这样得到平板所受的冲击力为：F=。叮人cos。=1000x52xi^x(25x10-3)2cos60°=6.13W

射流截面积认为A。，但截面上的速度为vc-u,显然，截面A】和A：上的速度也是v°n,y方向的动虽方程是:F=p(v0-u)2Aqcos^=1000x(5-2)2x—x(25xl0~3)2cos60=2.27V4/r第4章相似原理与量纲分析答案:一、 选择题：1. D2、D3、A12、C二、 判断填空题D4. D5、A6、C7、C8、D9、B 10、 B11、1•否2、否3、10cm/So4、0.085m/s。二、计算题1.解："［打叶［町胡“=［M厶/鬥皿［厶/盯网/讨M:x+w=0L:-3w+x+y+z=0T:-2x-z=0选x为自由量，贝ijy=-2x,z=-2x,vv=-x令X=l,贝収=_2,Z=-2,w=-l所以F“l2V2p2•解:(1)采用瑞利法量纲分析，设P=kvalbpc/由量纲齐次性原理：MLTZ=（LT~l）“Z?（MZ；'）（MZ71厂/M.c+d=1L:a+b-3c-d=lT:-a-d=-2可解得a=2—d,b=2—d,c=\—d,代入原式:所以P=/(Re)pv于式中，Re为雷诺数，Re=pv〃“(2 ) 用；r 定理推导此题，先设P=F(y」,p,“),以叮,q三个独立变量为基本量即加=3,变量数72=5,则上述5个变量之间的关系式可由两个无量纲澈组成的方程式所代替即耳=人(耳)，其中耳=0/“Q齐P,®=Vazlfizprzp将惣方程写成量纲形式駕=(LT1rLa(ml-3『MLT-2L:匕+A-3签+1=0T:-^-2=0M:/x+1=0解得e=-2,0]=-2,匕=-1nz=（LT1rL佚（MI/‘YMLTL:<z2+/?2-3/2+1=0T:-a2-l=0M:/2+1=0解得冬=-1,02=-1必=-1所以FL協卜辰则得到同样结果P=/(Re)pv沪【解】按长度比例尺，模型闸门前的水深/?*=C[h=6/20=0.3(加)在重力作用卞水从闸门下出流，要是流动相似，JI；劳德数必须相等，由此可得C..=c/2o于是，原型上的待求量可按有关比例尺计算如下：收缩截面的平均流速v=v'/Cv=v'/c/2=2.0x20%=8.944%/$流量q\,=几/q.=几/c严=0.03x20妒=53.67加'/s作用在闸门上的力F=F'/Cf=F'lU=102x203=8.160x10’N力矩M=M'Cn=M'/C：=120x2(/=1.920xlO’N”4、解：首先根据流动性质确定决定性相似准则数，这里选取Re作为决定性相似准则数，Rem二Rep,即CvCl/Cv=l,再根据决定型相似准数相等，确定几个比尺的相互约束关系，这里Cv二1,所以Cv二Cl-1,由于Cl=lp/lm=3/2,那么Cv=vp/vm=l/Cl=2/3最后得到风洞实验段内的气流速度应该是vm=vp/Cv=108/(2/3)=162km/h=45m/s在设计模型时，定下Cv=lCl二3/2 Cv=2/3在相同的流体和相同的温度时，流体密度比例系数Cp二1,那么力比例系数CF二CpC12CV2CF=1X(3/2)2X(2/3)2=1因此，该轿车在公路上以108km/h的速度行驶所遇到的空气阻力Fp=FmCF=1000Xl=1000N第5章水头损失答案一、 判断题1、W)2、(X)3、(«)4、(X)5、(V)6、(X)7、(x)8、(«)9、(x)10、(x)11、(Q)12、(7)13、(x) 14、(x) 15、(勺)16.(x)17、(x) 18、(x) 19、W)20.(x) 21、(P)22、(P)23、(x)24、(x) 25、(V) 26.(«)二、 选择题1、(3)2、(1)3、(2)4、(1)5、(4)6.(3)7、(3)8、(2)9、(1)10、(2) 11、(3)12、(1)13、(2) 14、(3) 15、(3) 16、(1)17、(2)18.(4)19、(3)20.(3)21、(4)22、(3)23、(3)24、(2)25、(2)26、(1)27、(4)28、(4)29(4)三、 填空题

1、的符号相反的机率很大，而壬取正值。2、层流:X=f（Re）：紊流光滑区:九=f（Re）；紊流过渡区：k=f（Re, 力△）：紊流粗糙区：X=f（/；）/△）v vv v4、 粘滞底层厚度6比绝对粗糙度A人得多，粘滞底层把壁面粗糙完全掩盖，以致壁面粗糙对水流运动不起影响作用。5、 光滑区（°<0・4）;过渡区（0・4<仝<6）：粗糙区（A>6）。计算题1.解：假设圆管内为层流流态，则有心邑R*巴Rev../v2 64/v232/vv7d2gRed2g gd~3.14x9.8x0.02d_128/叱_4/128x25x(0.013xl0T)x(40xl0f)3.14x9.8x0.02=22.8xl0bn校核4Q4x40x10-6AAno,校核v=—= ； =0.098/??/s加2 3.14x22.82x10-6=1718.8<2300(层流)dvd=1718.8<2300(层流)Ke=—= vlBxKr52.3、(Vz=0・21cm/s)2.3、(Vz=0・21cm/s)“知讣h冷匕二］2g只有一次扩大局部水头损失的一半4、解：（1）设A断面上的压师八对液面及A断面了伯努利方程，则"2±+厶，即兰"一么 （a）2g72g y对A断面和管出口断面列伯努利方程，再将上式丄代入，则2g由此可得(b)1+2-d24+14处压强为大气压即必表压强为零，于是由卓可得兄与-1=0a即力=£时，厶表压强为零。由⑷式和(b)是联立,消却",则v2/v2h——=2-——/2gd2g即fi+A-l—\=h+lI d人2g丿十5解：4x0.1v7idv3.14x0.3x0.125x104x0.1v7idv3.14x0.3x0.125x10光滑管上限Re=卫=上0= 空W =33953>2320■/ /d1/IAavzA1C£1n—♦32.8x0.3（2）粘性底层厚度32.8x0.3u32・&/ 32・8x=1.898x1O'377?zS=1.898x1O'377?ReVI33953xj0・0233 _=1.898/W7H»1.9/w/m壁面处的切应力2 ,1 (4x0.1yr =_x0.0233x850x =4・89Pa8 8 So；丿第6章有压管流答案一、 判断题1、(X) 2、 (V)3、 (J) 4、(X) 5、 (X) 6.(V)7、(X)二、 选择题1、C2、A3、C4、C5、D6、A7、C8、B9、B10、A11、D12、C三、 填空题1、上升；下降。 2、q讥=如=条3；vr<v2<v3,3、出口断面中心；下游水面；低于。4、PoApTp°：水库阀门：恢复原状。5、 (D缩短管道长度：(2)延长阀门启动历时；(3)采用合理的阀门关闭方式。四、 计算题负压区负压区V产0V产041'1•总水头钱側压着水头线3、解：(1)III伯努力方程，取下游水面为基准面，列上、下游能虽方程有:y/v2 v2归牛〒+5行，

dy/v2 v2归牛〒+5行，

d2g 2g其中2可由"=0.014^=0・002（教材表6-1）1且。="j求得2=0.024g兀力贝I」：1=（0.024x"+2?+山+0.5+1.0+2X0.108） —2x9・81.0Q=Av=-t£>2v=-^x(l.O)2x2.548=2.0加'/s、 4 4(2)取上游断面和最大真空断而列能呈方程有：几一PPS得v=2.548/r?/5z2-^1<7-三=（乙-石）+仏+2^7^+Vdl+0.024x13+20+0.5+2x0,1831.0张+2谿层皿代入数值，有

二，得丿2gz2- <6.12/77即最大安装高廊・1加oH —+ v=-——=1.59/77/52g 勇X0.4，44、解：其中兄可由〃=0.012,«=0.196（教材表6・1）］且d=一求得人=0.024gC40 1592贝iJ：H=（0.024x一+0.6x2+0.12+0.5+1.0）———0.4 2x9.8=0.675、解;旧钢管粗糙系数7=0.016,乂/=£=147〃7加,久=198〃叽查表6-1得ak=a2=49.9s2/m69a.=IO.852/m6,由式(6-14)得：aAQi=4丿20；=aJsQ； ⑴由连续性方程有a+e2+a=e⑵联立(1)、(2)式，代入数值，有49.9x10002；=49.9x6002；=10.8x15000；0=0.570,2=0.7422=0.043”/s,Q2=0.032/w3is,Q、=0.025〃?'Is水头损失：hf=h门=h「=h『3=(ilQ~=49.9xlOOOx0.025"=31.2ni6、解：按铸铁管计算：查表6-1得al=9.30、4=43・0,偽=375根据题意：匕，,(29.09m)20+H=(15+15)+工砒01=1代入数值得：H=29.09/n第七章明槽恒定流一、 判断选择题I、 (x) 2、 (x) 3、 (4) 4、 (3) 5、 (4) 6、 (4) 7、(3) 8、(2) 9.(2) 10、(1)II、 (3) 12. (1)二、 填空题13、 缓坡;缓流；水深沿流减小的降水曲线，上游以线为渐近线，下游与线垂直。14、 > ； =o15.缓；急：临界水深。16、急:缓：减小。17、52:的18、0<Fr<1：减小。19、急；缓20、 Aoi<加2； 力cl=力c2； ，cl<此221、 不均匀程度；缓急程度。22、 JIh:J(h)=J(力〃)23、惯性：M：惯性：>1.0：重力;<1.0三、作图计算题

A=^=—=3.51m2v1.4|=2(J1+"-〃7)=2(a/1+1.02-A=^=—=3.51m2v1.4|=2(J1+"-〃7)=2(a/1+1.02-l.o)=0.828b=0.828/?A=(b+mh)h=(0.828/?+/i)/7=1.828/?2/?=0.828/?=1.157/wZ5.11T溜鶯;Aq= =2.5m2/s,h(.= =0.86〃?Ac=8x0.86=6.88/77"Cc=/?/'/«=47.25•解：由室外排水设计规范，假设管径在500-900之间，充满度选为0.7进行计算。由课本表7-3可知当充满度为0.7时，过水断面面积为0.587227,水力半径为0.2962Z?,则代入公式:Q=-AR^i^,有：Q=-AR^i^=x0.5872D2x(0.2962Z))2/3x(0.005)1/2=0.2〜n 0.014解得：D=494叽 取£>=500〃〃心与假设相符。第8章孔口■管嘴出流与堰流答案一、判断题

1、3)2、(X) 3、(X)4、 (V)5、 (X)6. 3)二、选择题1、2、⑵3、(1) 4、(3)5、 (3)6、(3)7、(2)8、(2)三、填空题1、自由。2、 (4)；(3)o3、堰的进门型式；堰高与水头之比咯。4、无侧收缩；有侧收缩。5、远离（驱）式；淹没式；临界式。6、闸孔出流受闸门影响，水面在闸门处不连续；堰流不受闸门影响，水面连续。四、计算题1.解：（1）从A到B的流动为孔「I淹没出流，从B的出流为管嘴出流，二者流量相等，J2g/?]=//2A-hj 代入数值则有：0.62x存（0.04尸Ji莎=0.82X右龙（0.03尸J2g（3—九）解得：/?1=1.07w, 他=//—/?]一代=3.0—0.5—1.07=1.43加（2）水箱得出流量：“人=0.62X丄龙（0.04）'j2x9.8x1.07=0.00356〃『/s=3.56厶/$42.解：山题可知水面降至孔口处时所需时间为以起始水头作用下流出同体积水所需时间的2倍，则有:2V2x10x4x2.8 “c(—-呻gH= =690$0.62x—^x(0.3)2a/2x9.8x2.843.解:因P,〉h「所以为淹没出流6=10根据题意无侧收缩，则£=1・0流量系数：〃7。=0.407+0..0533兰，与水头H有关,设加。=0.45粗算:、％0.45X3./2?,3.0粗算:、％0.45X3./2?,3.0=0.63/7?以//=0.63w的粗算值算得叫"Q+0.0刘需=0.449与假设值/心=0.45非常接近，所以,H=0.6如为所求的堰上水头第9章渗流答案:一.判断题1.x2、X3、J4、X5、X二、选择题1、(2)2、(4)3、(2)