水利工程師水力學(xué)考試題（含參考答案）一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.連續(xù)介質(zhì)假定認(rèn)為流體（）連續(xù)。A.分子間B.質(zhì)量C.運(yùn)動(dòng)參數(shù)D.物理性質(zhì)答案：B。連續(xù)介質(zhì)假定將流體看作是由無(wú)數(shù)連續(xù)分布的流體質(zhì)點(diǎn)所組成的連續(xù)介質(zhì)，也就是認(rèn)為流體的質(zhì)量是連續(xù)分布的。2.液體黏度隨溫度的升高而（），氣體黏度隨溫度的升高而（）。A.減小，增大B.增大，減小C.減小，減小D.增大，增大答案：A。對(duì)于液體，溫度升高時(shí)，分子間的內(nèi)聚力減小，液體的黏度減??；對(duì)于氣體，溫度升高，分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間的動(dòng)量交換頻繁，氣體的黏度增大。3.靜止流體中某一點(diǎn)的壓強(qiáng)大小與（）無(wú)關(guān)。A.該點(diǎn)的位置B.流體的種類C.流體的密度D.該點(diǎn)的方向答案：D。靜止流體中任一點(diǎn)的壓強(qiáng)大小只與該點(diǎn)的位置、流體的種類（密度）有關(guān)，而與作用面的方向無(wú)關(guān)，這是流體靜壓強(qiáng)的特性之一。4.恒定流是指（）。A.各過(guò)流斷面的速度分布相同B.流動(dòng)隨時(shí)間按一定規(guī)律變化C.流場(chǎng)中的流動(dòng)參數(shù)不隨時(shí)間變化D.遷移加速度為零答案：C。恒定流的定義是流場(chǎng)中各空間點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（如速度、壓強(qiáng)等）不隨時(shí)間變化的流動(dòng)。5.圓管層流中，過(guò)流斷面上的平均流速是最大流速的（）。A.1/2B.1/3C.2/3D.3/4答案：A。圓管層流中，最大流速在管軸處，過(guò)流斷面上的平均流速是最大流速的一半。6.紊流粗糙區(qū)的沿程水頭損失系數(shù)λ（）。A.只與雷諾數(shù)Re有關(guān)B.只與相對(duì)粗糙度k/d有關(guān)C.與Re和k/d都有關(guān)D.與Re和管長(zhǎng)l有關(guān)答案：B。在紊流粗糙區(qū)，黏性底層很薄，壁面的粗糙凸起完全暴露在紊流核心中，沿程水頭損失系數(shù)λ只與相對(duì)粗糙度k/d有關(guān)。7.長(zhǎng)管是指（）。A.管道長(zhǎng)度很長(zhǎng)的管道B.總水頭損失很大的管道C.局部水頭損失和流速水頭之和與沿程水頭損失相比可以忽略不計(jì)的管道D.沿程水頭損失很大的管道答案：C。長(zhǎng)管是指局部水頭損失和流速水頭之和與沿程水頭損失相比很小，可以忽略不計(jì)的管道。8.水躍是（）。A.急流過(guò)渡到緩流時(shí)出現(xiàn)的局部水力現(xiàn)象B.緩流過(guò)渡到急流時(shí)出現(xiàn)的局部水力現(xiàn)象C.明渠均勻流的一種特殊情況D.有壓管流中的一種特殊情況答案：A。水躍是明渠水流從急流狀態(tài)過(guò)渡到緩流狀態(tài)時(shí)發(fā)生的一種水面突然躍起的局部水力現(xiàn)象。9.滲流模型與實(shí)際滲流相比較（）。A.流量相同，阻力不同B.流量不同，阻力相同C.流量和阻力都相同D.流量和阻力都不同答案：C。滲流模型是一種假想的滲流，它與實(shí)際滲流的流量和阻力都相同，只是在孔隙率等微觀結(jié)構(gòu)上有所不同。10.堰流的流量與堰上水頭的（）成正比。A.一次方B.二次方C.1.5次方D.0.5次方答案：C。堰流的基本公式表明，堰流的流量與堰上水頭的1.5次方成正比。二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分）1.以下屬于流體力學(xué)基本方程的有（）。A.連續(xù)性方程B.伯努利方程C.動(dòng)量方程D.能量方程答案：ABCD。連續(xù)性方程反映了流體的質(zhì)量守恒；伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的具體表現(xiàn)；動(dòng)量方程則是動(dòng)量守恒定律在流體力學(xué)中的應(yīng)用；能量方程也是流體力學(xué)中重要的基本方程。2.影響流體黏性的因素有（）。A.流體的種類B.流體的溫度C.流體的壓力D.流體的運(yùn)動(dòng)速度答案：ABC。流體的黏性主要與流體的種類有關(guān)，不同流體的黏性不同；溫度對(duì)液體和氣體的黏性影響顯著；壓力對(duì)一般流體的黏性影響較小，但在高壓情況下也有一定影響。而流體的運(yùn)動(dòng)速度本身并不直接影響流體的黏性。3.關(guān)于水流形態(tài)的判別，以下說(shuō)法正確的有（）。A.圓管流中，當(dāng)雷諾數(shù)Re<2000時(shí)為層流B.明渠流中，當(dāng)弗勞德數(shù)Fr<1時(shí)為緩流C.雷諾數(shù)Re反映了慣性力與黏性力的比值D.弗勞德數(shù)Fr反映了慣性力與重力的比值答案：ABCD。圓管流中，通常以雷諾數(shù)2000作為層流和紊流的判別界限；明渠流中，弗勞德數(shù)小于1時(shí)為緩流，大于1時(shí)為急流；雷諾數(shù)是慣性力與黏性力的比值，弗勞德數(shù)是慣性力與重力的比值。4.以下關(guān)于孔口出流和管嘴出流的說(shuō)法正確的有（）。A.相同條件下，管嘴出流的流量系數(shù)大于孔口出流的流量系數(shù)B.孔口出流收縮斷面處的壓強(qiáng)小于大氣壓C.管嘴出流的作用水頭不能太大，否則會(huì)出現(xiàn)真空被破壞的現(xiàn)象D.孔口出流和管嘴出流都是有壓流答案：ABC。相同條件下，管嘴出流由于收縮斷面后有擴(kuò)大段，流量系數(shù)大于孔口出流；孔口出流收縮斷面處由于流速增大，壓強(qiáng)小于大氣壓；管嘴出流的作用水頭有一定限制，過(guò)大時(shí)管嘴內(nèi)的真空會(huì)被破壞；孔口出流有自由出流（無(wú)壓）和淹沒(méi)出流（有壓）兩種情況，并不都是有壓流。5.關(guān)于水擊現(xiàn)象，以下說(shuō)法正確的有（）。A.水擊是由于管道中流速突然變化引起的B.直接水擊的危害比間接水擊大C.縮短閥門關(guān)閉時(shí)間可以減小水擊壓強(qiáng)D.增大管道的彈性模量可以減小水擊壓強(qiáng)答案：AB。水擊現(xiàn)象是由于管道中流速突然變化，引起壓強(qiáng)急劇升高或降低的現(xiàn)象；直接水擊是閥門在水擊波相長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)關(guān)閉，危害比間接水擊大；縮短閥門關(guān)閉時(shí)間會(huì)增大水擊壓強(qiáng)；增大管道的彈性模量會(huì)使水擊波傳播速度增大，從而增大水擊壓強(qiáng)。三、判斷題（每題1分，共10分）1.流體的黏性是流體抵抗壓縮變形的能力。（）答案：錯(cuò)誤。流體的黏性是流體抵抗剪切變形的能力，而不是抵抗壓縮變形的能力。2.靜止流體中，任一點(diǎn)的壓強(qiáng)大小與作用面的方向無(wú)關(guān)。（）答案：正確。這是流體靜壓強(qiáng)的特性之一，靜止流體中任一點(diǎn)的壓強(qiáng)在各個(gè)方向上大小相等。3.恒定流一定是均勻流。（）答案：錯(cuò)誤。恒定流是指流場(chǎng)中各空間點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)參數(shù)不隨時(shí)間變化，但流速大小和方向可能沿流程變化，不一定是均勻流。4.圓管層流的沿程水頭損失系數(shù)λ只與雷諾數(shù)Re有關(guān)。（）答案：正確。圓管層流中，沿程水頭損失系數(shù)λ=64/Re，只與雷諾數(shù)有關(guān)。5.紊流的流速分布比層流的流速分布更均勻。（）答案：正確。紊流中由于質(zhì)點(diǎn)的摻混和脈動(dòng)，使得流速分布比層流更均勻。6.長(zhǎng)管計(jì)算中可以忽略局部水頭損失和流速水頭。（）答案：正確。長(zhǎng)管的定義就是局部水頭損失和流速水頭之和與沿程水頭損失相比可以忽略不計(jì)的管道。7.水躍的躍前水深小于躍后水深。（）答案：正確。水躍是從急流過(guò)渡到緩流，急流對(duì)應(yīng)的水深（躍前水深）小于緩流對(duì)應(yīng)的水深（躍后水深）。8.滲流的達(dá)西定律適用于所有的滲流情況。（）答案：錯(cuò)誤。達(dá)西定律只適用于層流滲流情況。9.薄壁堰的流量系數(shù)與堰的形狀和堰上水頭有關(guān)。（）答案：正確。薄壁堰的流量系數(shù)會(huì)受到堰的形狀（如矩形堰、三角形堰等）和堰上水頭的影響。10.有壓管道的管徑越大，水擊波的傳播速度越大。（）答案：錯(cuò)誤。有壓管道的水擊波傳播速度與管徑、管材的彈性模量等有關(guān)，管徑越大，水擊波傳播速度越小。四、簡(jiǎn)答題（每題10分，共20分）1.簡(jiǎn)述伯努利方程的物理意義和幾何意義。答：-物理意義：伯努利方程$z_1+\frac{p_1}{\rhog}+\frac{v_1^2}{2g}=z_2+\frac{p_2}{\rhog}+\frac{v_2^2}{2g}+h_{w1-2}$中，$z$表示單位重量流體的位能，$\frac{p}{\rhog}$表示單位重量流體的壓能，$\frac{v^2}{2g}$表示單位重量流體的動(dòng)能，$h_{w1-2}$表示單位重量流體從1-2斷面的能量損失。該方程表明在不可壓縮理想流體恒定流中，沿同一流線各點(diǎn)的單位重量流體的位能、壓能和動(dòng)能之和保持不變，即能量守恒；對(duì)于實(shí)際流體，還要考慮能量損失。-幾何意義：$z$稱為位置水頭，它表示流體質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)面的高度；$\frac{p}{\rhog}$稱為壓強(qiáng)水頭，它表示流體質(zhì)點(diǎn)在壓強(qiáng)作用下沿測(cè)壓管所能上升的高度；$\frac{v^2}{2g}$稱為流速水頭，它表示流體質(zhì)點(diǎn)以速度$v$垂直向上噴射所能達(dá)到的高度；$h_{w1-2}$稱為水頭損失。方程表示在不可壓縮理想流體恒定流中，沿同一流線各點(diǎn)的位置水頭、壓強(qiáng)水頭和流速水頭之和保持不變，形成一條水平線；對(duì)于實(shí)際流體，總水頭線沿程下降。2.簡(jiǎn)述減小水擊壓強(qiáng)的措施。答：-延長(zhǎng)閥門關(guān)閉時(shí)間：水擊壓強(qiáng)與閥門關(guān)閉時(shí)間有關(guān)，延長(zhǎng)閥門關(guān)閉時(shí)間可以使水擊過(guò)程由直接水擊轉(zhuǎn)變?yōu)殚g接水擊，從而減小水擊壓強(qiáng)。當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)間大于水擊波相長(zhǎng)時(shí)，水擊壓強(qiáng)會(huì)顯著降低。-縮短管道長(zhǎng)度：水擊波的傳播速度一定時(shí)，管道長(zhǎng)度越短，水擊波往返一次的時(shí)間越短，水擊壓強(qiáng)的增長(zhǎng)時(shí)間也越短，從而減小水擊壓強(qiáng)。-增大管道直徑：增大管道直徑可以減小流速，根據(jù)水擊壓強(qiáng)計(jì)算公式，流速減小會(huì)使水擊壓強(qiáng)減小。同時(shí)，增大管徑還可以降低水擊波的傳播速度，進(jìn)一步減小水擊壓強(qiáng)。-設(shè)置調(diào)壓室：在管道系統(tǒng)中設(shè)置調(diào)壓室，當(dāng)管道中流速發(fā)生變化產(chǎn)生水擊時(shí)，調(diào)壓室可以起到緩沖作用，吸收部分水擊能量，減小水擊壓強(qiáng)對(duì)管道和設(shè)備的影響。-采用彈性模量較小的管材：水擊波的傳播速度與管材的彈性模量有關(guān)，采用彈性模量較小的管材可以降低水擊波的傳播速度，從而減小水擊壓強(qiáng)。五、計(jì)算題（每題15分，共35分）1.如圖所示，一封閉容器內(nèi)盛有油和水，油層厚$h_1=0.8m$，油的密度$\rho_1=800kg/m^3$，水層厚$h_2=1.2m$，水面上的壓強(qiáng)$p_0=90kPa$，求測(cè)壓管中水面比容器內(nèi)水面升高的高度$h$。解：取容器內(nèi)水面為等壓面，根據(jù)靜壓強(qiáng)基本方程$p=p_0+\rhogh$。容器內(nèi)水面的壓強(qiáng)$p_1$為：$p_1=p_0+\rho_1gh_1$將$p_0=90\times10^3Pa$，$\rho_1=800kg/m^3$，$h_1=0.8m$，$g=9.8m/s^2$代入上式得：$p_1=90\times10^3+800\times9.8\times0.8=90\times10^3+6272=96272Pa$測(cè)壓管中水面壓強(qiáng)$p_2=p_{atm}+\rho_2gh$，由于等壓面原理$p_1=p_2$，即$p_1=p_{atm}+\rho_2gh$。通常$p_{atm}=101325Pa$，$\rho_2=1000kg/m^3$，則：$96272=101325+1000\times9.8\timesh$$1000\times9.8\timesh=96272-101325=-5053$$h=\frac{-5053}{1000\times9.8}\approx-0.516m$負(fù)號(hào)表示測(cè)壓管中水面比容器內(nèi)水面降低了$0.516m$。2.有一圓形斷面的水管，管徑$d=100mm$，管中水流為恒定流，已知過(guò)水?dāng)嗝?-1處的平均流速$v_1=2m/s$，求：（1）通過(guò)該水管的流量$Q$；（2）若水管下游某處管徑變?yōu)?d_2=50mm$，求該處的平均流速$v_2$。解：（1）根據(jù)流量公式$Q=A_1v_1$，圓形斷面面積$A_1=\frac{\pi}{4}d_1^2$，已知$d_1=100mm=0.1m$，$v_1=2m/s$。$A_1=\frac{\pi}{4}\times(0.1)^2=\frac{\pi}{4}\times0.01\approx0.00785m^2$$Q=A_1v_1=0.00785\times2=0.0157m^3/s$（2）根據(jù)連續(xù)性方程$Q=A_1v_1=A_2v_2$，$A_2=\frac{\pi}{4}d_2^2$，$d_2=50mm=0.05m$。$A_2=\frac{\pi}{4}\times(0.05)^2=\frac{\pi}{4}\times0.0025\approx0.00196m^2$因?yàn)?Q=A_1v_1=A_2v_2$，所以$v_2=\frac{A_1v_1}{A_2}$。將$A_1=0.00785m^2$，$v_1=2m/s$，$A_2=0.00196m^2$代入得：$v_2=\frac{0.00785\times2}{0.00196}\approx8m/s$3.某梯形斷面渠道，底寬$b=5m$，邊坡系數(shù)$m=1.5$，正常水深$h_0=2m$，糙率$n=0.02$，底坡$i=0.0004$，求渠道的輸水能力$Q$。解：首先計(jì)算過(guò)水?dāng)嗝婷娣e$A$和濕周$\chi$。過(guò)水?dāng)嗝婷娣e$A=(b+mh_0)h_0$，將$b=5m$，$m=1.5$，$h_0=2m$代入得：$A=(5+1.5\times2)\times2=(5+3)\times2=16m^2$濕周$\chi=b+2h_0\sqrt{1+m^2}$，將$b=5m$，$m=1.5$，$h_0=2m$代入得：$\chi=5+2\times2\sqrt{1+1.5^2}=5+4\sqrt{1+2