西安理工水力学真题

1、 设有一铅垂圆柱形套管套在一铅垂立柱上，管心铅垂轴线与柱心铅垂轴线重合，两者之

间间隙充以某种液体（油），如图所示。立柱固定，套管在自重的作用下，沿铅垂方向向下作等速直线运动，（间隙中的液体运动速度呈直线分布）。已知套管长度l=0.2m，重量G＝1.96N，内径d=0.05m，套管与立柱径向间隙厚度δ＝0.0016m，液体的粘度μ=9.8Pa·s。试求圆柱形套管下移速度V（空气阻力很小，可略去不计）。(2002)

δ l G d 第1题图

1、 如图所示，液面上有一面积A=0.12m2的平板，以V=0.5m/s的速度作水平等速直线运动，形成运动平板与静止平板间液体的层流运动。已知平板间的液体分为两层，它们的动力粘滞系数与厚度分别为：μ1=0.142N·s/m2，δ1＝1mm；μ2=0.235N·s/m2，δ2＝1.4mm。若每层液体内速度沿铅垂方向呈直线分布，求：(1)定性绘制平板间液体的流速分布；(2)平板所受水平拉力。（空气阻力很小，可略去不计）。(2003,2006a)

μ1 μ2

平板 h1 h2 V 第1题图

1、（本题20分）如图所示，上下两个圆盘半径均为R，间隙为δ，其间充满动力粘度为μ的油液。下盘不动，上盘绕中心轴以每分钟n转旋转。若上、下盘间油液流速呈线性分布，求：（1）施加于上盘的阻力矩M 的表达式；（2）R＝0.25m，δ= 1mm，μ= 0.01Pa·s，n= 1200 转/分。M=?(2004a，2005a,2007b)

1、（本题20分）质量为25kg、长为60cm、宽为 60cm 的平板，以 0.3m/s 匀速地沿一个边坡系数为2.4（ctgα=2.4）的斜面滑下，如图所示。板与斜面间的油层厚度δ＝1mm，油的密度为920kg/m3，求油的动力粘滞系数μ和运动粘滞系数ν。(2004b)

1、（本题20分）图示为一园锥体绕竖直中心轴等速旋转，锥体与固定的外锥体之间的隙缝δ=1mm, 其中充满μ=0.1Pa·s的润滑油，已知锥体顶面半径R＝0.3m，锥体高度H=0.5m。当旋转角速度ω=16rad/s时，求所需的旋转力矩M (隙缝中油的速度按直线变化)。（2005b,2007a）

1、 如图所示，一木块在上层液体表面上以速度 v 运动。两液层的厚度 δ 相同，粘度不

同，动力粘度分别为μ1 和μ2。设液层间的流速按直线分布。试绘制平板间液体的流速分布图和切应力分布图，并求液层交界面上的流速 u。（2006b）

2、一球形盛水容器，容器由两个半球面用螺栓连接而成，如图所示。已知球径d=4m，水

深H=2m，试求作用于螺栓上的拉力(不计容器的自重)。(2002) 第2题图

H d

2、如图所示一封闭水箱，下端有1/4圆弧的钢板AB，宽度1m，半径为1m。已知：h1=2m，

h2=3m。求：(1) 试绘制水作用于曲面AB上的压力体图及其铅垂投影面上的压强分布图；(2) 水作用于曲面AB上的静水总压力的大小及方向。(2003)

p0 h2 测 压 管 第2题图

R A h1 B

2、（本题20分）某容器如图所示。AB为1/4 的圆柱曲面，半径R＝0.4m，其宽度(垂直于纸面) b=1.0 m。容器内盛有密度?1=816 kg/m3，?2=918 kg/m3的两种不相混合的液体，深度h=0.8 m。要求：(1) 绘制水作用于曲面AB上的压力体图及铅垂投影面上的压强分布图；(2) 求水作用于曲面AB上的静水总压力的大小及方向。(2004a,b;)

2、（本题20分）在倾角?=45?倾斜壁上有一个半径R=0.5 m的半圆柱形曲面AB，曲面圆心O点至水面的高度H=2 m，曲面宽度b=2 m，如图所示。要求：

(1) 绘制水作用于曲面AB上的压力体图以及铅垂投影面上的压强分布图； (2) 求水作用于曲面AB上的静水总压力的大小、方向及作用点的位置。 (2005a,2007b)

2、（本题20分）圆柱曲面 AB 的一侧受两种液体的作用，如图。上层液体深度h1=1.5m，密度?1=867kg/m3。下层液体深度h2=1m，密度?2＝1000 kg/m3。曲面宽度b=2m。圆弧半径R=1m。要求：

(1) 绘出曲面上水平分力的压强分布图及垂直分力的压力体图； (2) 计算曲面静水总压力P及其方向。（2005b,2007a）

3、图示为圆弧曲面 AB，已知半径 R=2 m，宽度 b=1 m，h=4 m，。(1) 绘出曲面AB上水

平分力的压强分布图及垂直分力的压力体图；(2) 计算作用于曲面AB上的静水总压力的大小和方向。（2006a）

3、图示为盛水容器，其中AB为3/4圆柱曲面，半径R=0.6 m，圆心O点以上的水深H=1.2

m。垂直于纸面的长 度L=3 m。(1) 绘出曲面AB上水平分力的压强分布图及垂直分力的压力体图；(2) 计算作用于曲面AB上的静水总压力的大小和方向。（2006b）

3、一洒水车，如图所示，以0.98m/s2的等加速度向前行驶。设以水面中心点为原点，建立

xOz坐标系，试求自由表面与水平面的夹角θ。又自由表面压强p0=98kPa，车壁某点A的坐标为x=-1.5m，z=-1.0m，试求A点的压强。(2002)

zOAxθa

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Δz=0.272m，两支管旋转半径分别为R1=7.5cm，R2=37.5cm。求该物体的旋转角速度ω。 (2003) Δz ω

R2 R1 第3题图

3、（本题20分）一水箱以水平加速度a=3m/s2运动，水箱尺寸如图所示。水箱静止时盛水深度为1.5 m。当水箱加速运动时，求：(1) 水面与水平面所成夹角?；(2) 底面最大压强pmax；(3) 底面最小压强pmin。(2004a,b)

3、（本题20分）如图所示为一长方形水车，长3m，宽1.5m，高1.8m，试求： （1）当水车以水平加速度a=4.9m/s2运动时，将有多少水量溢出？ （2）为了使水不溢出，最大允许加速度多大？

（3）当水车以水平加速度a=4.9m/s2运动时，水车底板所受的静水总压力为多大？(2005a,b,2007a,b)

3m 1.8m 1.2m a

2、有一圆柱形容器，顶部设一通气管，如图所示。已知圆柱半径 R=0.5 m，圆柱形容器顶

部通气管中的水面与容器顶盖齐平。容器以等角速度?=2?/s绕铅垂中心轴旋转。试推导该容器内液体压强p的计算公式，并求容器顶盖上所受的总压力P。 （2006a,b）

4、设水流从水箱经过水平串联管路流出，管路末端为收缩的圆锥形喷嘴，在第二段管道中有一半开的闸阀，如图所示。已知流量Q=0.025m3/s，d1=0.15m，l1=25m，d2=0.125m，l2=10m，d3=0.1m；沿程阻力系数和局部阻力系数分别为：ζ1=0.5(进口)，λ1=0.0366，ζ2=0.15(突然缩小),λ2=0.039, ζ3=2.0(阀门), ζ4=0.15(喷嘴)。试求水箱中所需水头H，并定性绘出测压管水头线和总水头线。（水箱水面很大，水箱水面的流速水头可略去不计；所给局部阻力系数都是对局部损失后的平均流速而言）。(2002,2005b,2007a)

H阀门喷嘴

d1,l1d2,l2d3 第4题图

4、图示为虹吸管。已知上下游水位差 z=4m，管道总长 L=20 m，管径d=100 mm。沿程水

头损失系数λ=0.026。进口局部水头损失系数为ζ1=0.8；两转弯处局部水头损失系数均为ζ2=0.15;阀门局部水头损失系数为ζ3=0.2；出口局部水头损失系数ζ4=1。求虹吸管

的流量Q，并定性绘出虹吸管的总水头线和测压管水头线。(2003)

第4题图

4、（本题25分）某输水管如图所示。已知管径d1=200mm ，d2=100mm；管长L1=20m ，L2=10m；沿程水头损失系数λ1=0.02，λ2=0.03。各局部水头损失系数为：进口ζ1=0.5 ，转弯（A、B两处共计）ζ2=0.6，收缩ζ3=0.4 (对应于大管流速)，阀门ζ4= 2.06 。管道水头H=20m。试求：(1) 求通过输水管的流量Q；(2) 定性绘出管道的总水头线和测压管水头线。(2004a,b)

4、（本题25分）水泵将水抽至水塔，如图所示，已知水泵功率 P=18.37 kw，抽水流量Q=100L/s，吸水管长度 l1=8m，压水管长度l2=50 m，管径D=300 mm，沿程水头损失系数λ=0.025。水泵允许真空值 hv=6m水柱。水泵总效率 η=75%。局部水头损失系数：进口ζ1=6；转弯ζ2=0.4；出口ζ3=1。求：(1) 水泵提水高度z； (2) 水泵最大安装高度zs。(2005a,2007b)

4、一直径沿程不变的输水管道，连接两水池如图所示。已知管道直径 d=300 mm，管道全

长 L=90 m，沿程水头损失系数λ=0.03，局部水头损失系数：进口ζ1=0.5，转弯ζ2=ζ3=0.3，出口ζ4=1.0。出口中心在下游水面以下深度 h2=2.3 m。在距出口l=30 m 处有一水银测压计，其液面高差Δh=0.5 m，较低的水银液面至管轴的高度h=1.5 m。试确定：（1）测压计所在断面形心点的压强水头；（2）通过管道的流量Q；（3）两水池的水位差Z；（4）定性绘出测压管水头线和总水头线。（水箱水面很大，水箱水面的流速水头可略去不计）（2006a）

Z

4、等直径有压管道如图所示。管径 d=0.2 m，管长 l1=l2=12 m，水头 H=10 m，hs=1 m。

沿程水头损失系数λ=0.023。局部水头损失系数：进口ζ1=0.7，转弯ζ2=0.29。取动能校正系数为1.0。求：（1）通过管道的流量Q；（2）管道B断面处的相对压强 pB；（3）

定性绘出测压管水头线和总水头线。（2006b）

5、设水由水箱经管嘴射出，如图所示。已知水头为H（恒定不变），管嘴截面积为A，水箱

水面面积很大。若不计能量损失，试求水作用于水箱的水平分力R。(2002)

0H011 第5题图

5、图示一压力管道的渐变段。水流由直径dA为20cm的A管经一渐缩的弯管流入直径dB

为15cm的B管，管轴中心线在同一水平面内，A管与B管轴线之间的夹角θ为60o，如图所示。已知通过的流量为Q=0.1m3/s，渐变段A端断面中心处相对压强pA=120kN/m2，若不计能量损失，试求水流对弯管AB的作用力。(2003)

A θ=60o B dB dA 第5题图

5、（本题25分）射流以V=19.8 m/s的速度从直径d=10 cm的喷嘴中射出，打击在对称的角度为1350的圆形曲线叶片上，叶片距喷嘴很近。(1)若叶片固定，求射流对叶片的冲击力；(2) 若叶片以速度u=12 m/s和喷嘴出口处水流同方向运动求射流对叶片的冲击力。(不计阻力和水重，取动量校正系数为1.0) (2004a,b)

5、（本题25分）图示为水平放置的喷嘴，出口直径d=10 cm，管道直径D=40 cm，喷射流量Q=0.4 m3/s，水流喷入大气中，不计喷嘴的水头损失。取动能校正系数及动量校正系数均为1.0，求：（1）螺栓所在断面上的动水压强水头；（2）水流作用于螺栓群上的水平总拉力。(2005a)

5、（本题25分）图示为一短管出流，水头H=9 m，直径D=100 mm，管长L=10 m，管轴线水平，进口水头损失系数ζ=0.5，沿程水头损失系数λ=0.02 。管道末端为一喷嘴，其出口直径d=50 mm，水流喷射在一固定的垂直平板上。忽略喷嘴的局部水头损失和平板的摩阻力。射流在同一水平面上，不计射流自重。试求：(1)管嘴出口的流速和流量；(2)水流对平板的冲击力。(2005b)

5、水平管道末端接一倾斜向上弯形喷嘴(轴线在同一铅直平内)，转角α=45 o，断面1-1、2-2直径分别为 d1=200 mm和 d2=100 mm，两断面中心高差Δz=0.2 m。出口断面平均流速 v2=10m/s(喷入大气)，全喷嘴水头损失hw1-2=0.5v22/2g，断面1-1至2-2间水体重

W=196.0N。试求：（1）断面1-1中心处的压强；（2）水流作用于喷嘴的力的大小和方向。（2006a）

5、图示为一管段渐变段，管轴与水平面夹角α=30 o。渐变段长度L=10 m，渐变段中水体

重量G=2kN。进口断面面积A1=0.0314 m2，流速v1=1 m/s，压强水头p1/γ=50 mmH2O。出口断面面积A2=A1/4。渐变段水头损失为hw=2v22/2g。(v2为出口断面流速)。试求：（1）渐变段出口断面中心处的压强p2；（2）固定渐变段镇墩所受的作用力大小及其方向。（2006b）

5、（本题20分）射流自喷嘴中水平射出，冲击在一块与射流方向垂直的长方形均质等厚度的板上，如图所示，已知板长60cm，平板上缘悬挂在铰上（铰的摩擦力不计），当射流冲击到平板的图示位置后，平板偏转30°，以后平板不再偏转。设喷嘴直径d＝25mm，喷嘴前渐变流起点处压力表读数为1.96N/cm2，该断面平均流速v=2.76m/s，喷嘴的局部水头损失系数ξ嘴＝0.3，射流自重不计。求平板的质量m为多少？(2007a,b)

铰 y 压力表 30° x 60cm o D d=25mm

6、实验观察与理论分析指出，恒定有压管流的压强损失Δp与管长l、直径d、管壁粗糙度

Δ、运动粘滞系数ν、密度ρ、流速V等因素有关。试用π定理求出计算压强损失Δp的公式。(2002,2005a)

6、实验研究表明，恒定有压均匀管流中，管道壁面的剪切应力τ0与断面平均流速V、水力

半径R、液体密度ρ、液体的动力粘滞系数μ、及管壁表面的粗糙凸起高度Δ有关。试用π定理求出管道壁面剪切应力τ0的计算公式，并由此推出计算沿程水头损失的基本公式——达西(Darcy)公式。(2003,2006a,2006b) 6、（本题20分）实验观察与理论分析指出，管道壁面上的切应力τ0与断面平均流速V、管

道直径d、液体密度ρ、液体的动力粘滞系数μ、管壁粗糙度Δ等因素有关。试用π定理推导计算切应力τ0的公式。(2004a,b)

18cm

9、下列各参数中的无量纲数是 ( )

?p(qv) (2)?p1qv (3)?(qv) (4)?12 ?12?p12??pqv(?p：压强差，qv：流量，1：长度，?：密度)

(1)

1、圆管层流断面的切应力是 ? ? ?1? 壁面处切应力为零，管轴处切应力最大； ?2? 沿断面不变； ?3? 管轴处为零，随半径按线性增大； ?4? 为抛物线分布。

2、图示为两种液体盛于同一容器中，其密度分别为 ?1和 ?2在容器侧壁装设两根测压管 A和 B，则 A、B 水面高度ZA和ZB的关系为： ( )

(1) ZA?ZB； (2) ZA?ZB； (3) ZA=ZB； (4) 无法确定。

题二、2图 题二、3图

3、图示管道中两根测压管的水面高差 ?h 代表局部水头损失的是 ? ? ?1?图A； ?2?图B； ?3?图C； ?4?以上答案都不对。 4、一明渠恒定流，断面为矩形，底宽b沿程不变，断面1－1的水深h1大于断面2－2的水深h2，则 ? ?

?1? Re1 = Re2； ?2? Re1 < Re2； ?3? Re1 > Re2； ?4?无法确定。

5、管流的负压区是指测压管水头线 （ ） （1）在基准面以下的部分； （2）在下游自由水面以下的部分； （3）在管轴线以下的部分； （4）在基准面以上的部分。

6、图示 A、B两管的管径及糙率均相同，且水位差 h1= h2。若要使流量 qvA= qvB，则两管的长度LA与LB 的关系为 （ ）

(1)LA = LB； (2)LA LB； (4)无法确定。

题二、6图

7、流体静力学基本方程z+p/?g=常数，也适用于： ( ) (1) 不可压缩流体均匀流场； (2) 静止的可压缩流体； (3) 不可压缩流体均匀流同一过水断面；(4) 以上情况都不适用。 ?1?光滑面； ?2?过渡粗糙面； ?3?粗糙面； ?4?以上答案均不对。

8、粘滞底层厚度 ? 比绝对粗糙度 ? 小得多的壁面称为 ? ?

1、绘出图中（下左）AB曲面（3/4圆柱面）上水平方向的压强分布图和垂直分力的压力体图，并标出力的方向。

2、定性绘出图示（上右图）管道的总水头线和测压管水头线，并标明符号。 1、定性绘出图示管道的总水头线和测压管水头线，并标明符号。

1、一平板在平底槽中的静水面上以等速度u运动，使

槽中的水近似地作二元均匀层流运动。试证明槽中水流

速度沿水深按直线规律分布。

2设有一铅垂圆柱形套管套在一铅垂立柱上，管心铅垂

i=0 轴线与柱心铅垂轴线重合，两者之间间隙充以某种液体（油），如图所示。立柱固定，套管在自重的作用下，沿铅垂方向向下作等速直线运动，（间隙中的液体运动速度呈直线分布）。已知套管长度l=0.2m，重量G＝1.96N，内径d=0.05m，套管与立柱径向间隙厚度δ＝0.0016m，液体的粘度μ=9.8Pa·s。试求圆柱形套管下移速度V（空气阻力很小，可略去不计）。

u F 闸门 δ l G d

3如图所示．一利用静水压力自动开启的矩形翻板闸门。当上游水深超过工作水深H时，闸门即自动绕转轴向顺时针方向倾倒，如不计闸门重量和摩擦力的影响，试求转轴的位置高度a。

4、一个直径为d2的圆柱，放置在直径为d1的槽上。如图。圆柱的长度与槽长相等为l单位长度。水的密度为ρ、柱的重量为W，当液体把圆柱刚好顶起，求上下两水面差ΔH 等于多少。

5、已知不可压缩流场的平面流动为ΔH H a ?ux?4xy?22求：(1)在点A(2，?uy?8?x?y。

??uz?03)的加速度；(2) 流动是否满足连续性方程？

6、已知用欧拉法表示液体运动时的

d2 d1 ?ux?kx?流速分量为?uy??ky。 k为

??uz?0不等于0的常数，

试确定：(1)该流动是恒定流还是非恒是流； (2)流动是否满足连续性方程；

（3）求其加速度

（4）写出流线的微分方程并求出流线方程。

7、(15分) 一直径沿程不变的输水管道，连接两水池如图所示。已知管道直径d=300 mm，管道全长L=90 m，沿程水头损失系数 ?=0.03.，局部水头损失系数：进口ζ=0.5，转弯ζ=0.3，出口ζ=1.0。出口中心在下游水面以下深 度 h2=2.3 m。在距出口 l=30 m 处有一水银测压计，其液面高差⊿h=0.5 m，较低的水银液面至管轴的高度 h=1.5 m。试确定：(1)通过高度的流量 qv；(2)两水池的水位差 Z。

8、如图所示，一吸水装置。水箱D的水位不变，而h1、h2、h3的值已知，若不计损失，求

喉部断面面积al和喷嘴断面面积a2满足什么关系才能使水从水池E引入管中。

9、射流自喷嘴中水平射出，冲击在一块与与射流方向垂直的长方形均质等厚度的板上，已知板长60cm，平板上缘悬挂在铰上（铰的摩擦力不计），当射流冲击到平板上后，平板偏转30，以后平板不再偏转。设喷嘴直径d＝25cm，喷嘴前渐变流起点处压力表读数为1.96N/cm2，该断面平均流速v=2.76m/s，喷嘴的局部水头损失系数ξ嘴＝0.3，求平板的质量m为多少？

铰

30° 压力表 60cm 18cm d=25cm D

10、(20分) 水平管道末端接一倾斜向上弯形喷嘴(轴线在同一铅直平内)，转角α=45°，断面

1-1、2-2直径分别为 d1=200 mm和 d2=100 mm，两断面中心高差⊿z=0.2 m。出口断面平均流速v2=10.00 m/s(喷入大气)，全喷嘴水头损失hw1-2=0.5v22/2g，断面1-1至2-2间水体重W=196.0N。求水流作用于喷嘴的力的大小和方向。

11、底宽与水深均为a的矩形明渠和某边长为a的正方形管，其沿程阻力系数相同水力坡降也相同，试比较其流量。

12、(本题20分)试证明圆管的沿程水头损失系数λ与糙率n的关系为??8g2 n1/3(d/4)

13、图示为一糙率n=0.013的简单管道，直径d=200mm，管长L=1000m，输送流量Q=40 L／s。现欲将其流量增至Q=60 L／s，而管道的工作水头H和管道总长L不变，则必需改为串联形式，若改变的一段串联管道直径d1=300mm，其糙率n=0.013，求其长度l1。(按长管计算)

d1 l1

14、如图示一矩形长直明渠，已知底宽B=1m，水深h=0.5m，水的粘滞系数ν=10-6m2/s，流量Q=2l/s，单位渠长的沿程水头损失0.0001。 试求：（1）请证明??8g。其中g为重力加速度、CC2为谢才系数。

（2）计算水流雷诺数，并判别流态；并说明此时那种阻力作用较大（粘滞阻力、紊动阻力） （3）计算渠底的切应力τ0；

（4）计算距离渠底0.5h处的切应力τ； （5）计算沿程阻力系数λ；

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