水力学06,0708年试卷及答案.doc

2007年 一 ，名词解释： 1．连续介质：流体质点完全充满所占空间，没有间隙存在，其物理性质和运动要素都是连续分布的介质。 2．流线： 某一确定时刻t，在流场中一定有这样的曲线存在，使得曲线上各点处的流体质点的流速都在切线方向，这样的曲线就叫做该时刻t的流线。 3．长管：在水力计算中，管道沿程阻力远远大于局部阻力，局部阻力可以忽略不计的管道。 4．水跃：明渠水流从急流过渡到缓流状态时，会产生一种水面突然跃起的特殊局部水里现象，既在较短的渠段内水深从小于临界水深急剧地跃到大于临界水深的现象。 5。渗流模型： 在保持渗流区原有边界条件和渗透流量不变的条件下，把渗流看成是由液体质点充满全部渗流区的连续总流流动。 二，解答题 温度对流体粘性系数有何影响？原因何在？ 答：温度升高时液体的粘滞系数降低，流动性增加，气体则相反，粘滞系数增大。这是因为液体的粘性主要由分子间的内聚力造成的。温度升高时，分子间的内聚力减小，粘滞系数就要降低。造成气体粘性的主要原因则是气体内部分子的运动，它使得速度不同的相邻气体层之间发生质量和动量的变换。当温度升高时，气体分子运动的速度加大，速度不同的相邻气体层之间的质量交换随之加剧，所以，气体的粘性将增大。 写出总流伯努利方程，解释各项及方程的物理意义。 答：总流伯努利方程为： 其中：Z 表示总流过流断面上某点（所取计算点）单位重量流体的平均位置势能 表示总流过流断面上某点（所取计算点）单位重量流体的平均压强势能。 表示总流过流断面上某点（所取计算点）单位重量流体的平均动能。 表示总流过流断面上某点（所取计算点）单位重量流体的平均机械能损失，称为总流水头损失 代表总流过流断面上单位重量流体的平均势能 代表总流过流断面上单位重量流体的平均机械能 长度比尺为40的传播模型实验，测得船速为1.2m/s时模型受到的波浪阻力为0.03N，试求原型船速和原型船舶所受到的波浪阻力（以重力作用为主） 答：根据牛顿一般相似原理：力的比例尺： 弗罗特数法则 由以上两式得 最终得== 利用圆管层流 ，水力光滑区和粗糙区这三个公式，论证在层流中，光滑区，粗糙区 答：因为， （1）由题圆管层流 ，所以， 则： ， 即其中 当流体，管长，管径一定时a为定量，所以层流中。 （2）在水力光滑区 ，所以，则：，即 其中 当流体，管长，管径一定时b为定量，所以光滑区， （3）在粗糙区，带入公式整理得，其中 当流体，管长，管径一定时c 为定量，所以粗糙区 5.简述明渠均匀流发生的条件和特征。 答：明渠均匀流发生的条件：明渠均匀流只能出现在底坡不变，断面形状，尺寸，壁面粗糙系数都不变的长直顺坡渠道中。 明渠均匀流的流线是相互平行的直线，因此具有以下特征： （1）过水断面的形状，尺寸及水深沿程不变。 （2）过水断面上的流速分布，断面平均流速沿程不变。 （3）总水头线、水面线及渠底线相互平行。所以，总水头线坡度（水力坡度）J，水面线坡度（测压管水头线坡度）Jp 和渠道底坡i彼此相等，即 J= Jp=i。 三、计算题 1 半径为a的小球在粘度很大的不可压缩牛顿流体中下落，证明其速 ，、是流体的密度和粘度，是小球的密度。 证明：由题小球在粘度很大的不可压缩牛顿流体中下落，即圆球的雷诺数，绕流阻力不可忽略 则对小球受力分析 小球受到沿流动方向的阻力 ，为流体密度 流体对小球的浮力 重力 为小球密度 当小球处于悬浮状态时的速度为最终速度，即 ： 带入得 整理得： 由于，所以 代入上式整理得： 得证 2.水箱侧壁开一圆形薄壁孔口，直径d=5cm，水面恒定，孔口中心到水面的高度H=4m。 已知孔口的流速系数，收缩系数，孔口出流手上断面的流速、流量Q和水头损失。 解；设Ac为收缩断面面积，A为出口断面面积， 由题： , 则 以水箱中自由表面为基准面，对自由表面o-o的点和收缩断面形心c-c的点写伯努利方程式： 其中：==1，， 则整理得： 即解得 孔口出流收缩断面的流速，流量，水头损失 3，解：由题以允许流速为设计流速 由谢才公式：， i=0.0016 则：水力半径 明渠断面面积 又 ，， 列方程组得解得： (1) (2) 舍去 故此梯形断面的底面底宽水深 4． 消防水管直径D=0.15M, 喷嘴出口直径d=0.03m， 设计流量。喷嘴和管路用法兰连接并用螺栓固顶。不计水头损失，求螺栓所受的总拉力。 ，解：以消防水管中轴水平面为基准面，取法兰处断面1-1和喷嘴出口处