水力學(xué)練習(xí)題(+答案)一、選擇題1.按連續(xù)介質(zhì)的概念，流體質(zhì)點(diǎn)是指（）。A.流體的分子B.流體內(nèi)的固體顆粒C.幾何的點(diǎn)D.幾何尺寸同流動(dòng)空間相比是極小量，又含有大量分子的微元體答案：D。連續(xù)介質(zhì)假設(shè)將流體看作是由無(wú)數(shù)個(gè)連續(xù)分布的流體質(zhì)點(diǎn)所組成的連續(xù)介質(zhì)，流體質(zhì)點(diǎn)是幾何尺寸同流動(dòng)空間相比是極小量，又含有大量分子的微元體。2.液體不具有的性質(zhì)是（）。A.易流動(dòng)性B.壓縮性C.抗拉性D.粘滯性答案：C。液體具有易流動(dòng)性、一定的壓縮性和粘滯性，但液體幾乎不能承受拉力，不具有抗拉性。3.靜止流體中存在（）。A.壓應(yīng)力B.壓應(yīng)力和拉應(yīng)力C.壓應(yīng)力和剪應(yīng)力D.壓應(yīng)力、拉應(yīng)力和剪應(yīng)力答案：A。靜止流體不能承受拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，只存在壓應(yīng)力。4.水力學(xué)中，單位質(zhì)量力是指（）。A.單位面積液體受到的質(zhì)量力B.單位體積液體受到的質(zhì)量力C.單位質(zhì)量液體受到的質(zhì)量力D.單位重量液體受到的質(zhì)量力答案：C。單位質(zhì)量力是指單位質(zhì)量液體受到的質(zhì)量力。5.均勻流是（）。A.當(dāng)?shù)丶铀俣葹榱鉈.遷移加速度為零C.向心加速度為零D.合加速度為零答案：B。均勻流是指遷移加速度為零的流動(dòng)，當(dāng)?shù)丶铀俣炔灰欢榱恪?.漸變流過(guò)水?dāng)嗝媸牵ǎ?。A.平面B.曲面C.平面或曲面D.不一定答案：A。漸變流的流線(xiàn)近似為平行直線(xiàn)，過(guò)水?dāng)嗝婵烧J(rèn)為是平面。7.恒定流是（）。A.流動(dòng)隨時(shí)間按一定規(guī)律變化B.各空間點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)間變化C.各過(guò)流斷面的速度分布相同D.遷移加速度為零答案：B。恒定流的定義是各空間點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)間變化。8.過(guò)水?dāng)嗝媸侵福ǎ?。A.與流線(xiàn)平行的斷面B.與流線(xiàn)正交的橫斷面C.與流線(xiàn)斜交的橫斷面D.與跡線(xiàn)正交的橫斷面答案：B。過(guò)水?dāng)嗝媸侵概c流線(xiàn)正交的橫斷面。9.一維流動(dòng)限于（）。A.流線(xiàn)是直線(xiàn)B.速度分布按直線(xiàn)變化C.運(yùn)動(dòng)參數(shù)是一個(gè)空間坐標(biāo)和時(shí)間變量的函數(shù)D.運(yùn)動(dòng)參數(shù)不隨時(shí)間變化的流動(dòng)答案：C。一維流動(dòng)是指運(yùn)動(dòng)參數(shù)是一個(gè)空間坐標(biāo)和時(shí)間變量的函數(shù)。10.圓管層流運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能修正系數(shù)α等于（）。A.1.0B.1.5C.2.0D.2.5答案：C。圓管層流運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能修正系數(shù)α等于2.0。二、填空題1.流體的主要力學(xué)性質(zhì)有、、、等。答案：易流動(dòng)性、粘滯性、壓縮性、表面張力特性。2.作用于流體上的力分為和兩大類(lèi)。答案：質(zhì)量力、表面力。3.液體的粘滯性隨溫度的升高而，氣體的粘滯性隨溫度的升高而。答案：減小、增大。4.靜止液體中同一點(diǎn)各方向的靜水壓強(qiáng)大小。答案：相等。5.等壓面是指。答案：壓強(qiáng)相等的各點(diǎn)所組成的面。6.流線(xiàn)是指。答案：某一瞬時(shí)在流場(chǎng)中畫(huà)出的一條空間曲線(xiàn)，在該時(shí)刻，曲線(xiàn)上所有質(zhì)點(diǎn)的流速矢量均與這條曲線(xiàn)相切。7.恒定流時(shí)，流線(xiàn)與跡線(xiàn)。答案：重合。8.實(shí)際液體在流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生水頭損失的兩個(gè)主要原因是、。答案：液體具有粘滯性、固體邊界的影響。9.圓管層流的斷面平均流速是圓管中最大流速的倍。答案：0.5。10.判別圓管流態(tài)的臨界雷諾數(shù)Rec=。答案：2000。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的內(nèi)容。答：連續(xù)介質(zhì)假設(shè)認(rèn)為流體是由無(wú)數(shù)個(gè)連續(xù)分布的流體質(zhì)點(diǎn)所組成的連續(xù)介質(zhì)。流體質(zhì)點(diǎn)是幾何尺寸同流動(dòng)空間相比是極小量，又含有大量分子的微元體。這樣就可以把流體看作是連續(xù)充滿(mǎn)其所占據(jù)的空間，其物理參數(shù)（如密度、速度、壓強(qiáng)等）在空間和時(shí)間上都是連續(xù)分布的，從而可以利用連續(xù)函數(shù)等數(shù)學(xué)工具來(lái)研究流體的運(yùn)動(dòng)。2.什么是流體的粘滯性？它對(duì)流體的運(yùn)動(dòng)有什么影響？答：流體的粘滯性是指流體在流動(dòng)過(guò)程中，各流層之間由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力以抵抗相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。粘滯性對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：-產(chǎn)生水頭損失：使流體在流動(dòng)過(guò)程中消耗能量，形成沿程水頭損失和局部水頭損失。-影響流態(tài)：是區(qū)分層流和紊流的重要因素，粘滯性較大時(shí)，流體更易保持層流狀態(tài)。-改變流速分布：在管道或渠道流動(dòng)中，由于粘滯性的作用，使得流速在斷面上分布不均勻。3.說(shuō)明靜水壓強(qiáng)的兩個(gè)特性。答：靜水壓強(qiáng)有兩個(gè)特性：-特性一：靜水壓強(qiáng)的方向垂直并指向受壓面。因?yàn)殪o止流體不能承受拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，所以壓強(qiáng)只能垂直于受壓面且指向受壓面。-特性二：靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)上各方向的靜水壓強(qiáng)大小相等，與作用面的方位無(wú)關(guān)。這是由流體的平衡條件推導(dǎo)得出的。4.什么是恒定流和非恒定流？舉例說(shuō)明。答：恒定流是指各空間點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)要素（如流速、壓強(qiáng)等）不隨時(shí)間變化的流動(dòng)。例如，在水箱水位保持恒定的情況下，水從水箱底部小孔流出的流動(dòng)可近似看作恒定流。非恒定流是指各空間點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)間變化的流動(dòng)。例如，水箱在放水過(guò)程中，水位逐漸下降，此時(shí)水從水箱底部小孔流出的流動(dòng)就是非恒定流。5.簡(jiǎn)述層流和紊流的特點(diǎn)。答：層流的特點(diǎn)：-流體質(zhì)點(diǎn)作有條不紊的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，各流層之間互不摻混。-流速分布呈拋物線(xiàn)型，斷面平均流速約為最大流速的0.5倍。-水頭損失與流速的一次方成正比。紊流的特點(diǎn)：-流體質(zhì)點(diǎn)作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，各流層之間相互摻混，有渦體產(chǎn)生。-流速分布較均勻，斷面平均流速約為最大流速的0.8-0.85倍。-水頭損失與流速的1.75-2次方成正比。四、計(jì)算題1.有一矩形斷面的渡槽，底寬b=1.5m，槽中水深h=1.2m，若水流的斷面平均流速v=0.5m/s，求通過(guò)渡槽的流量Q。解：根據(jù)流量公式\(Q=A\timesv\)，其中\(zhòng)(A\)為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，對(duì)于矩形斷面，\(A=b\timesh\)。已知\(b=1.5m\)，\(h=1.2m\)，\(v=0.5m/s\)。則\(A=b\timesh=1.5\times1.2=1.8m^{2}\)。\(Q=A\timesv=1.8\times0.5=0.9m^{3}/s\)。2.如圖所示，封閉水箱中水面的絕對(duì)壓強(qiáng)\(p_{0abs}=105kN/m^{2}\)，當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)\(p_{a}=98kN/m^{2}\)，求水面下h=0.5m處A點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)和真空度。解：-絕對(duì)壓強(qiáng)：根據(jù)靜水壓強(qiáng)公式\(p_{abs}=p_{0abs}+\gammah\)，水的重度\(\gamma=9.8kN/m^{3}\)。\(p_{Aabs}=p_{0abs}+\gammah=105+9.8\times0.5=105+4.9=109.9kN/m^{2}\)。-相對(duì)壓強(qiáng)：\(p_{Arel}=p_{Aabs}-p_{a}=109.9-98=11.9kN/m^{2}\)。-由于\(p_{Arel}>0\)，所以A點(diǎn)不存在真空，真空度\(p_{v}=0\)。3.有一圓管，內(nèi)徑d=100mm，輸送水的流量Q=0.01m^{3}/s，水的運(yùn)動(dòng)粘度\(\nu=1.0\times10^{-6}m^{2}/s\)，試判別管中水流的流態(tài)。解：首先計(jì)算斷面平均流速\(v\)，根據(jù)\(Q=A\timesv\)，圓管過(guò)水?dāng)嗝婷娣e\(A=\frac{\pi}{4}d^{2}\)。\(A=\frac{\pi}{4}\times(0.1)^{2}=0.00785m^{2}\)。\(v=\frac{Q}{A}=\frac{0.01}{0.00785}\approx1.27m/s\)。然后計(jì)算雷諾數(shù)\(Re=\frac{vd}{\nu}\)，將\(v=1.27m/s\)，\(d=0.1m\)，\(\nu=1.0\times10^{-6}m^{2}/s\)代入。\(Re=\frac{1.27\times0.1}{1.0\times10^{-6}}=127000>2000\)。所以管中水流為紊流。4.某輸水管道，管徑\(d=200mm\)，管長(zhǎng)\(L=1000m\)，流量\(Q=0.05m^{3}/s\)，沿程阻力系數(shù)\(\lambda=0.02\)，求管道的沿程水頭損失\(h_{f}\)。解：首先計(jì)算斷面平均流速\(v\)，\(A=\frac{\pi}{4}d^{2}=\frac{\pi}{4}\times(0.2)^{2}=0.0314m^{2}\)。\(v=\frac{Q}{A}=\frac{0.05}{0.0314}\approx1.59m/s\)。根據(jù)達(dá)西-魏斯巴赫公式\(h_{f}=\lambda\frac{L}99f1119\frac{v^{2}}{2g}\)，其中\(zhòng)(g=9.8m/s^{2}\)。\(h_{f}=0.02\times\frac{1000}{0.2}\times\frac{(1.59)^{2}}{2\times9.8}\)\(h_{f}=0.02\times5000\times\frac{2.5281}{19.6}\)\(h_{f}=100\times0.129=12.9m\)。5.如圖所示，水從水箱經(jīng)管道流入大氣，已知水箱水面到管道出口的高差\(H=5m\)，管道直徑\(d=100mm\)，沿程阻力系數(shù)\(\lambda=0.03\)，局部阻力系數(shù)\(\sum\xi=2.5\)，求管道的流量\(Q\)。解：以水箱水面為1-1斷面，管道出口為2-2斷面，列能量方程：\(H+0+\frac{p_{1}}{\gamma}+\frac{\alpha_{1}v_{1}^{2}}{2g}=0+0+\frac{p_{2}}{\gamma}+\frac{\alpha_{2}v_{2}^{2}}{2g}+h_{w}\)因?yàn)樗渌婷娣e遠(yuǎn)大于管道斷面面積，\(v_{1}\approx0\)，\(p_{1}=p_{2}=p_{a}\)，\(\alpha_{1}=\alpha_{2}=1\)。水頭損失\(h_{w}=h_{f}+h_{j}=\lambda\frac{L}rftjnj9\frac{v_{2}^{2}}{2g}+\sum\xi\frac{v_{2}^{2}}{2g}=(\lambda\frac{L}vxbn11l+\sum\xi)\frac{v_{2}^{2}}{2g}\)。能量方程可化簡(jiǎn)為\(H=\frac{v_{2}^{2}}{2g}+(\lambda\frac{L}1v1bpl1+\sum\xi)\frac{v_{2}^{2}}{2g}=(1+\lambda\frac{L}r11f1xj+\sum\xi)\frac{v_{2}^{2}}{2g}\)。設(shè)\(L\)足夠長(zhǎng)，這里只考慮沿程和局部阻力，\(1+\lambda\frac{L}bxb1dzd+\sum\xi=1+0.03\times\frac{L}d11h1d1+2.5\)，假設(shè)\(L\)不影響主要計(jì)算（或認(rèn)為\(\lambda\frac{L}hbxjx19\)包含在已知的\(\sum\xi\)等效阻力中），則\(1+\sum\xi+\lambda\frac{L}f111111=1+2.5+0.03\times\frac{L}rvrz1v1\approx3.5\)（若不考慮\(L\)的影響）。\(H=(1+\sum\xi)\frac{v_{2}^{