水力學(xué)考試試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.連續(xù)介質(zhì)模型意味著（）A.流體分子間沒有間隙B.流體中的物理參數(shù)是連續(xù)函數(shù)C.流體分子間有間隙D.流體不可壓縮答案：B。連續(xù)介質(zhì)模型將流體看作是由無數(shù)連續(xù)分布的流體質(zhì)點(diǎn)所組成的連續(xù)介質(zhì)，這樣流體中的物理參數(shù)（如密度、速度等）就可以表示為空間和時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。而實(shí)際上流體分子間是有間隙的，流體也并非不可壓縮，所以A、C、D選項(xiàng)錯(cuò)誤。2.靜止流體中任意一點(diǎn)的壓強(qiáng)大小與（）無關(guān)。A.該點(diǎn)的位置B.流體的種類C.作用面的方位D.流體的重度答案：C。根據(jù)流體靜壓強(qiáng)的特性，靜止流體中任意一點(diǎn)的壓強(qiáng)大小只與該點(diǎn)的位置、流體的種類（通過重度體現(xiàn)）有關(guān)，而與作用面的方位無關(guān)。3.圓管層流運(yùn)動(dòng)中，過流斷面上的流速分布規(guī)律為（）A.均勻分布B.拋物線分布C.對(duì)數(shù)曲線分布D.直線分布答案：B。圓管層流運(yùn)動(dòng)中，根據(jù)理論推導(dǎo)，過流斷面上的流速分布是拋物線分布，管軸處流速最大，管壁處流速為零。4.雷諾數(shù)Re反映了（）的對(duì)比關(guān)系。A.重力與慣性力B.慣性力與黏性力C.重力與黏性力D.壓力與黏性力答案：B。雷諾數(shù)Re=ρvd/μ，其中ρ為流體密度，v為流速，d為特征長(zhǎng)度，μ為動(dòng)力黏性系數(shù)。它反映了慣性力與黏性力的對(duì)比關(guān)系，當(dāng)Re較小時(shí)，黏性力起主導(dǎo)作用，流動(dòng)為層流；當(dāng)Re較大時(shí)，慣性力起主導(dǎo)作用，流動(dòng)為紊流。5.水在垂直管內(nèi)由上向下流動(dòng)，相距l(xiāng)的兩斷面間測(cè)壓管水頭差為h，則兩斷面間沿程水頭損失hf為（）A.hB.l-hC.l+hD.無法確定答案：A。根據(jù)測(cè)壓管水頭和沿程水頭損失的關(guān)系，在垂直管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，兩斷面間的測(cè)壓管水頭差就等于兩斷面間的沿程水頭損失。6.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，而不是單純根據(jù)管道長(zhǎng)度或水頭損失的大小來判斷。7.在明渠均勻流中，（）A.總水頭線、測(cè)壓管水頭線和渠底線三者平行B.總水頭線、測(cè)壓管水頭線和渠底線三者不平行C.總水頭線與測(cè)壓管水頭線平行，與渠底線不平行D.總水頭線與渠底線平行，與測(cè)壓管水頭線不平行答案：A。在明渠均勻流中，由于流速沿程不變，水深沿程不變，所以總水頭線、測(cè)壓管水頭線和渠底線三者平行，且總水頭線的坡度等于測(cè)壓管水頭線的坡度等于渠底坡度。8.水躍是（）A.從緩流過渡到急流的水力現(xiàn)象B.從急流過渡到緩流的水力現(xiàn)象C.緩流或急流過渡到臨界流的水力現(xiàn)象D.臨界流過渡到緩流或急流的水力現(xiàn)象答案：B。水躍是明渠水流從急流過渡到緩流時(shí)發(fā)生的一種局部水力現(xiàn)象，在水躍段內(nèi)，水流的能量損失較大。9.滲流模型中假定（）A.土壤顆粒大小均勻B.土壤孔隙大小均勻C.水流連續(xù)充滿整個(gè)滲流空間D.水流不連續(xù)充滿整個(gè)滲流空間答案：C。滲流模型假定水流連續(xù)充滿整個(gè)滲流空間，忽略了土壤顆粒和孔隙的具體形狀和大小，將滲流簡(jiǎn)化為連續(xù)介質(zhì)的流動(dòng)。10.薄壁堰流的流量與堰上水頭的（）成正比。A.1/2次方B.3/2次方C.2次方D.3次方答案：B。薄壁堰流的流量公式為Q=m0b√(2g)H^(3/2)，其中Q為流量，m0為流量系數(shù)，b為堰寬，H為堰上水頭，所以流量與堰上水頭的3/2次方成正比。二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分）1.下列屬于流體力學(xué)基本方程的有（）A.連續(xù)性方程B.能量方程C.動(dòng)量方程D.狀態(tài)方程答案：ABC。連續(xù)性方程反映了流體質(zhì)量守恒原理；能量方程（伯努利方程）反映了流體機(jī)械能守恒原理；動(dòng)量方程反映了流體動(dòng)量守恒原理，它們都是流體力學(xué)的基本方程。而狀態(tài)方程主要用于描述流體的熱力學(xué)狀態(tài)，不是流體力學(xué)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.流速梯度答案：ABC。流體的黏性與流體的種類有關(guān)，不同種類的流體黏性不同；溫度對(duì)流體黏性影響較大，一般來說，液體的黏性隨溫度升高而減小，氣體的黏性隨溫度升高而增大；壓力對(duì)流體黏性也有一定影響，但在一般工程壓力范圍內(nèi)，壓力對(duì)黏性的影響可以忽略不計(jì)。流速梯度是反映流體內(nèi)部速度變化的一個(gè)參數(shù)，它不是影響流體黏性的因素，而是與黏性力的大小有關(guān)。3.圓管紊流的流態(tài)可以分為（）A.層流底層B.過渡層C.紊流核心區(qū)D.光滑區(qū)答案：ABC。圓管紊流的流態(tài)可以分為層流底層、過渡層和紊流核心區(qū)。層流底層靠近管壁，流速較低，流態(tài)接近層流；過渡層介于層流底層和紊流核心區(qū)之間；紊流核心區(qū)是管內(nèi)大部分區(qū)域，流態(tài)為紊流。光滑區(qū)是根據(jù)管道壁面的相對(duì)粗糙度和層流底層厚度的關(guān)系來劃分的管道流動(dòng)區(qū)域，不屬于流態(tài)的分類。4.明渠水流的流態(tài)可以分為（）A.緩流B.臨界流C.急流D.均勻流答案：ABC。明渠水流的流態(tài)根據(jù)弗勞德數(shù)Fr的大小可以分為緩流（Fr<1）、臨界流（Fr=1）和急流（Fr>1）。均勻流是明渠水流的一種流動(dòng)形式，不是流態(tài)的分類。5.以下關(guān)于堰流的說法正確的有（）A.薄壁堰流適用于測(cè)量流量B.實(shí)用堰流的流量系數(shù)比薄壁堰流大C.寬頂堰流的過流能力介于薄壁堰流和實(shí)用堰流之間D.堰流的流量與堰上水頭有關(guān)答案：ABCD。薄壁堰流由于其流量與堰上水頭有明確的關(guān)系，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于測(cè)量流量；實(shí)用堰流的堰面形狀經(jīng)過優(yōu)化，流量系數(shù)比薄壁堰流大；寬頂堰流的過流能力介于薄壁堰流和實(shí)用堰流之間；根據(jù)堰流的流量公式，堰流的流量與堰上水頭有關(guān)。三、判斷題（每題2分，共10分）1.理想流體就是不考慮黏性的流體。（）答案：正確。理想流體是一種理想化的模型，它忽略了流體的黏性，只考慮流體的流動(dòng)性和壓縮性。2.靜止流體中任意一點(diǎn)的壓強(qiáng)在各個(gè)方向上都相等。（）答案：正確。這是流體靜壓強(qiáng)的特性之一，靜止流體中任意一點(diǎn)的壓強(qiáng)在各個(gè)方向上都相等，與作用面的方位無關(guān)。3.圓管層流的沿程水頭損失與流速的平方成正比。（）答案：錯(cuò)誤。圓管層流的沿程水頭損失與流速的一次方成正比，根據(jù)達(dá)西-魏斯巴赫公式hf=λ(l/d)(v2/2g)，對(duì)于層流，λ=64/Re，Re與流速成正比，所以hf與v成正比。4.明渠均勻流一定是緩流。（）答案：錯(cuò)誤。明渠均勻流可以是緩流、臨界流或急流，取決于渠道的底坡、糙率和過水?dāng)嗝嫘螤畹纫蛩亍?.滲流的達(dá)西定律適用于所有滲流情況。（）答案：錯(cuò)誤。滲流的達(dá)西定律只適用于層流滲流，當(dāng)滲流的雷諾數(shù)較大，流態(tài)進(jìn)入紊流時(shí)，達(dá)西定律不再適用。四、簡(jiǎn)答題（每題10分，共20分）1.簡(jiǎn)述流體靜壓強(qiáng)的特性。答：流體靜壓強(qiáng)具有以下兩個(gè)特性：（1）流體靜壓強(qiáng)的方向垂直指向作用面。這是因?yàn)榱黧w具有流動(dòng)性，不能承受拉力，在靜止?fàn)顟B(tài)下，流體只能對(duì)作用面產(chǎn)生垂直的壓力。（2）靜止流體中任意一點(diǎn)的壓強(qiáng)大小與作用面的方位無關(guān)，只與該點(diǎn)的位置有關(guān)。也就是說，在靜止流體中，同一點(diǎn)在各個(gè)方向上的壓強(qiáng)是相等的。可以通過取一個(gè)微小的三棱柱體流體微元，根據(jù)力的平衡條件來證明這一特性。2.簡(jiǎn)述尼古拉茲實(shí)驗(yàn)的主要成果。答：尼古拉茲實(shí)驗(yàn)是通過在不同管徑、不同相對(duì)粗糙度的管道中進(jìn)行大量的流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，得出了以下主要成果：（1）揭示了沿程阻力系數(shù)λ的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，λ與雷諾數(shù)Re和相對(duì)粗糙度Δ/d有關(guān)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)曲線，可將流動(dòng)分為五個(gè)區(qū)域：層流區(qū)、臨界過渡區(qū)、紊流光滑區(qū)、紊流過渡區(qū)和紊流粗糙區(qū)。（2）在層流區(qū)，λ只與Re有關(guān)，且λ=64/Re，沿程水頭損失與流速的一次方成正比。（3）在紊流光滑區(qū)，λ也只與Re有關(guān)，此時(shí)層流底層厚度大于管壁的絕對(duì)粗糙度，管壁的粗糙凸起對(duì)流動(dòng)沒有影響。（4）在紊流過渡區(qū)，λ與Re和Δ/d都有關(guān)，此時(shí)層流底層厚度逐漸減小，管壁的粗糙凸起開始對(duì)流動(dòng)產(chǎn)生影響。（5）在紊流粗糙區(qū)，λ只與Δ/d有關(guān)，與Re無關(guān)，沿程水頭損失與流速的平方成正比，此時(shí)層流底層厚度遠(yuǎn)小于管壁的絕對(duì)粗糙度，流動(dòng)完全受管壁粗糙度的影響。五、計(jì)算題（共35分）1.（10分）有一矩形斷面的平底渠道，底寬b=2m，渠中水深h=1m，流速v=2m/s，水的密度ρ=1000kg/m3，求渠道過水?dāng)嗝娴牧髁縌、濕周χ、水力半徑R和斷面平均流速v。解：（1）流量Q：根據(jù)流量公式Q=Av，其中A為過水?dāng)嗝婷娣e，對(duì)于矩形斷面，A=bh。已知b=2m，h=1m，v=2m/s，則A=2×1=2m2，Q=Av=2×2=4m3/s。（2）濕周χ：濕周是指過水?dāng)嗝嫔狭黧w與固體壁面接觸的周界長(zhǎng)度，對(duì)于矩形斷面，χ=b+2h=2+2×1=4m。（3）水力半徑R：水力半徑R=A/χ，已知A=2m2，χ=4m，則R=2/4=0.5m。（4）題目中已給出斷面平均流速v=2m/s。2.（12分）有一水平放置的突然擴(kuò)大圓管，已知小管直徑d1=50mm，大管直徑d2=100mm，小管中的流速v1=4m/s，水的密度ρ=1000kg/m3，求突然擴(kuò)大的局部水頭損失hjm和大管中的流速v2。解：（1）根據(jù)連續(xù)性方程A1v1=A2v2，其中A1=πd12/4，A2=πd22/4。則v2=(A1/A2)v1=(d1/d2)2v1，已知d1=50mm=0.05m，d2=100mm=0.1m，v1=4m/s。所以v2=(0.05/0.1)2×4=1m/s。（2）突然擴(kuò)大的局部水頭損失hjm可根據(jù)公式hjm=(v1-v2)2/(2g)計(jì)算。將v1=4m/s，v2=1m/s，g=9.8m/s2代入公式得：hjm=(4-1)2/(2×9.8)=9/(2×9.8)≈0.46m。3.（13分）有一完全潛水井，井的半徑r0=0.2m，含水層厚度H=10m，土壤的滲透系數(shù)k=5m/d，抽水時(shí)井中水深h0=6m，影響