水力學(xué)專(zhuān)題試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.理想液體與實(shí)際液體最主要的區(qū)別是（）。A.不可壓縮B.不能承受剪切力C.無(wú)黏性D.符合牛頓內(nèi)摩擦定律答案：C解析：理想液體是一種理想化的模型，假設(shè)液體沒(méi)有黏性，而實(shí)際液體是具有黏性的，這是兩者最主要的區(qū)別。不可壓縮是理想液體和部分實(shí)際液體（如水）的共同特點(diǎn)；液體都能承受一定的壓力，但理想液體不能承受剪切力是因?yàn)闊o(wú)黏性導(dǎo)致的，其核心區(qū)別還是無(wú)黏性；牛頓內(nèi)摩擦定律是描述實(shí)際液體黏性的定律，理想液體不符合該定律。2.液體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為100kN/m2，則該點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為（）（當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?8kN/m2）。A.100kN/m2B.2kN/m2C.-2kN/m2D.98kN/m2答案：B解析：相對(duì)壓強(qiáng)是絕對(duì)壓強(qiáng)與當(dāng)?shù)卮髿鈮旱牟钪?。已知絕對(duì)壓強(qiáng)\(p_{abs}=100kN/m2\)，當(dāng)?shù)卮髿鈮篭(p_{a}=98kN/m2\)，則相對(duì)壓強(qiáng)\(p=p_{abs}-p_{a}=100-98=2kN/m2\)。3.恒定流是指（）。A.各斷面流速分布相同的流動(dòng)B.流動(dòng)隨時(shí)間按一定規(guī)律變化的流動(dòng)C.流場(chǎng)中任意空間點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)間變化的流動(dòng)D.遷移加速度為零的流動(dòng)答案：C解析：恒定流的定義是流場(chǎng)中任意空間點(diǎn)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)。各斷面流速分布相同的流動(dòng)不一定是恒定流；流動(dòng)隨時(shí)間按一定規(guī)律變化的流動(dòng)是非恒定流；遷移加速度為零的流動(dòng)與恒定流的定義并無(wú)直接關(guān)聯(lián)。4.圓管層流運(yùn)動(dòng)中，沿程水頭損失與流速的（）成正比。A.一次方B.二次方C.1.75～2次方D.1.75次方答案：A解析：對(duì)于圓管層流運(yùn)動(dòng)，根據(jù)達(dá)西-魏斯巴赫公式\(h_{f}=\lambda\frac{l}wwmsgma\frac{v^{2}}{2g}\)，其中沿程阻力系數(shù)\(\lambda=\frac{64}{Re}\)（\(Re\)為雷諾數(shù)），經(jīng)過(guò)推導(dǎo)可得沿程水頭損失\(h_{f}\)與流速\(v\)的一次方成正比。5.水流在明渠中的流態(tài)為緩流時(shí)，其水深\(h\)與臨界水深\(h_{c}\)的關(guān)系為（）。A.\(h\gth_{c}\)B.\(h\lth_{c}\)C.\(h=h_{c}\)D.無(wú)法確定答案：A解析：根據(jù)明渠水流流態(tài)的判別，當(dāng)水深\(h\gth_{c}\)時(shí)，水流為緩流；當(dāng)\(h\lth_{c}\)時(shí)，水流為急流；當(dāng)\(h=h_{c}\)時(shí)，水流為臨界流。6.水躍是明渠水流從（）的局部水力現(xiàn)象。A.緩流過(guò)渡到急流B.急流過(guò)渡到緩流C.層流過(guò)渡到紊流D.紊流過(guò)渡到層流答案：B解析：水躍是明渠中水流從急流狀態(tài)過(guò)渡到緩流狀態(tài)時(shí)發(fā)生的一種局部水力現(xiàn)象，在水躍區(qū)域內(nèi)，水流會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的紊動(dòng)和能量損失。7.滲流研究的對(duì)象是（）的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。A.重力水B.毛細(xì)水C.氣態(tài)水D.薄膜水答案：A解析：滲流研究的對(duì)象主要是重力水在多孔介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。毛細(xì)水、氣態(tài)水和薄膜水在滲流研究中不是主要考慮的對(duì)象，重力水在地下水流等實(shí)際工程問(wèn)題中起著重要作用。8.在并聯(lián)管道中，各支管的（）。A.流量相等B.水頭損失相等C.流速相等D.水力坡度相等答案：B解析：在并聯(lián)管道中，各支管的水頭損失相等，這是并聯(lián)管道的基本特性。而各支管的流量、流速和水力坡度不一定相等，它們與各支管的管徑、長(zhǎng)度、沿程阻力系數(shù)等因素有關(guān)。9.有壓管道的管徑\(d\)與管流水力半徑\(R\)的比值為（）。A.8B.4C.2D.1答案：B解析：對(duì)于有壓圓管，水力半徑\(R=\frac{A}{\chi}\)（\(A\)為過(guò)流斷面面積，\(\chi\)為濕周）。圓管的過(guò)流斷面面積\(A=\frac{\pid^{2}}{4}\)，濕周\(\chi=\pid\)，則\(R=\frac66c6a66{4}\)，所以管徑\(d\)與水力半徑\(R\)的比值為\(4\)。10.液體的黏滯性隨溫度的升高而（）。A.增大B.減小C.不變D.不確定答案：B解析：液體的黏滯性主要是由分子間的內(nèi)聚力引起的。當(dāng)溫度升高時(shí)，分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間的內(nèi)聚力減小，導(dǎo)致液體的黏滯性減小。二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分）1.以下屬于液體的基本物理性質(zhì)的有（）。A.慣性B.黏性C.壓縮性D.表面張力特性答案：ABCD解析：液體具有慣性，質(zhì)量是慣性大小的量度；黏性是液體抵抗相對(duì)運(yùn)動(dòng)的能力；液體具有一定的壓縮性，雖然水等液體的壓縮性較小；液體還具有表面張力特性，例如在液體表面會(huì)形成類(lèi)似于薄膜的現(xiàn)象。2.關(guān)于恒定總流的連續(xù)性方程\(Q=A_{1}v_{1}=A_{2}v_{2}\)，下列說(shuō)法正確的有（）。A.該方程適用于不可壓縮液體B.該方程適用于恒定流C.該方程表示流量沿程不變D.該方程表示流速與過(guò)流斷面面積成反比答案：ABCD解析：恒定總流的連續(xù)性方程\(Q=A_{1}v_{1}=A_{2}v_{2}\)是基于質(zhì)量守恒定律推導(dǎo)出來(lái)的。它適用于不可壓縮液體，因?yàn)橹挥胁豢蓧嚎s液體的密度才是常數(shù)；適用于恒定流，因?yàn)樵谕茖?dǎo)過(guò)程中假設(shè)流動(dòng)是恒定的；該方程表明流量沿程不變；根據(jù)方程，在流量\(Q\)一定的情況下，流速\(v\)與過(guò)流斷面面積\(A\)成反比。3.判別圓管水流是層流還是紊流的指標(biāo)有（）。A.雷諾數(shù)B.佛汝德數(shù)C.臨界雷諾數(shù)D.謝才系數(shù)答案：AC解析：判別圓管水流是層流還是紊流的主要指標(biāo)是雷諾數(shù)\(Re\)和臨界雷諾數(shù)\(Re_{c}\)。當(dāng)\(Re\ltRe_{c}\)時(shí)，水流為層流；當(dāng)\(Re\gtRe_{c}\)時(shí)，水流為紊流。佛汝德數(shù)主要用于判別明渠水流的流態(tài)（緩流、急流、臨界流）；謝才系數(shù)是用于計(jì)算明渠水流或管流沿程水頭損失的一個(gè)系數(shù)，與流態(tài)判別無(wú)關(guān)。4.明渠均勻流的特性有（）。A.過(guò)水?dāng)嗝娴男螤睢⒊叽缪爻滩蛔傿.水深沿程不變C.流速沿程不變D.渠道底坡、水面坡度和水力坡度相等答案：ABCD解析：明渠均勻流是一種等深、等速的流動(dòng)。其過(guò)水?dāng)嗝娴男螤?、尺寸沿程不變；水深沿程不變；流速沿程不變；并且渠道底坡\(i\)、水面坡度\(J_{s}\)和水力坡度\(J\)相等，即\(i=J_{s}=J\)。5.關(guān)于水擊現(xiàn)象，下列說(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.水擊會(huì)使管道內(nèi)的壓強(qiáng)急劇升高C.直接水擊比間接水擊危害更大D.減小水擊壓強(qiáng)的措施之一是延長(zhǎng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間答案：ABCD解析：水擊現(xiàn)象是由于管道中流速突然變化（如閥門(mén)突然關(guān)閉或開(kāi)啟）引起的。流速的突然變化會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)的壓強(qiáng)急劇升高，可能會(huì)對(duì)管道造成破壞。直接水擊是指閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間小于一個(gè)相長(zhǎng)時(shí)發(fā)生的水擊，其壓強(qiáng)升高比間接水擊（閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間大于一個(gè)相長(zhǎng)）更大，危害也更大。減小水擊壓強(qiáng)的措施之一是延長(zhǎng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間，使流速變化更加緩慢。三、判斷題（每題2分，共10分）1.靜止液體中各點(diǎn)的測(cè)壓管水頭都相等。（）答案：正確解析：對(duì)于靜止液體，根據(jù)靜力學(xué)基本方程\(z+\frac{p}{\rhog}=C\)（\(z\)為位置水頭，\(\frac{p}{\rhog}\)為壓強(qiáng)水頭，兩者之和為測(cè)壓管水頭），在同一靜止液體中，任意點(diǎn)的測(cè)壓管水頭都相等。2.恒定流一定是均勻流。（）答案：錯(cuò)誤解析：恒定流是指流場(chǎng)中任意空間點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)間變化的流動(dòng)，而均勻流是指流線為平行直線的流動(dòng)。恒定流不一定是均勻流，例如在管徑變化的管道中，雖然流動(dòng)是恒定的，但流速在不同斷面不同，不是均勻流。3.紊流的沿程阻力系數(shù)\(\lambda\)只與雷諾數(shù)有關(guān)。（）答案：錯(cuò)誤解析：紊流的沿程阻力系數(shù)\(\lambda\)不僅與雷諾數(shù)有關(guān)，還與相對(duì)粗糙度有關(guān)。在紊流的不同區(qū)域（光滑區(qū)、過(guò)渡區(qū)、粗糙區(qū)），\(\lambda\)與雷諾數(shù)和相對(duì)粗糙度的關(guān)系不同。4.臨界水深是指斷面比能最小時(shí)對(duì)應(yīng)的水深。（）答案：正確解析：斷面比能\(E_{s}=h+\frac{\alphav^{2}}{2g}\)，當(dāng)斷面比能\(E_{s}\)最小時(shí)對(duì)應(yīng)的水深就是臨界水深\(h_{c}\)。5.滲流的達(dá)西定律適用于所有的滲流情況。（）答案：錯(cuò)誤解析：滲流的達(dá)西定律只適用于層流滲流情況。當(dāng)滲流速度較大，水流進(jìn)入紊流狀態(tài)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)述液體的黏性及其表現(xiàn)形式。答：液體的黏性是指液體在流動(dòng)過(guò)程中，由于液體分子間的內(nèi)聚力和分子的熱運(yùn)動(dòng)，使得液體內(nèi)部各層之間存在抵抗相對(duì)運(yùn)動(dòng)的能力。其表現(xiàn)形式主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：（1）當(dāng)液體處于層流狀態(tài)時(shí)，相鄰兩層液體之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，速度較快的液層會(huì)對(duì)速度較慢的液層產(chǎn)生一個(gè)拖動(dòng)力，而速度較慢的液層會(huì)對(duì)速度較快的液層產(chǎn)生一個(gè)阻力，這兩個(gè)力大小相等、方向相反，是一對(duì)作用力與反作用力，這種力就是黏性力。根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律\(\tau=\mu\frac{du}{dy}\)（\(\tau\)為切應(yīng)力，\(\mu\)為動(dòng)力黏滯系數(shù)，\(\frac{du}{dy}\)為流速梯度），黏性力的大小與流速梯度成正比。（2）在實(shí)際工程中，液體的黏性會(huì)導(dǎo)致能量損失。例如，在管道流動(dòng)中，由于黏性的存在，液體與管壁之間以及液體內(nèi)部各層之間會(huì)產(chǎn)生摩擦，使得液體的機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為熱能而散失，表現(xiàn)為沿程水頭損失和局部水頭損失。2.簡(jiǎn)述明渠水流的三種流態(tài)及其判別方法。答：明渠水流的三種流態(tài)分別為緩流、急流和臨界流。判別方法主要有以下幾種：（1）用臨界水深\(h_{c}\)判別：當(dāng)實(shí)際水深\(h\gth_{c}\)時(shí)，水流為緩流；當(dāng)\(h\lth_{c}\)時(shí)，水流為急流；當(dāng)\(h=h_{c}\)時(shí)，水流為臨界流。臨界水深\(h_{c}\)是指在一定流量和渠道斷面形狀下，斷面比能最小時(shí)對(duì)應(yīng)的水深。（2）用佛汝德數(shù)\(Fr\)判別：佛汝德數(shù)\(Fr=\frac{v}{\sqrt{gh}}\)（\(v\)為斷面平均流速，\(g\)為重力加速度，\(h\)為水深）。當(dāng)\(Fr\lt1\)時(shí)，水流為緩流；當(dāng)\(Fr\gt1\)時(shí)，水流為急流；當(dāng)\(Fr=1\)時(shí)，水流為臨界流。佛汝德數(shù)反映了水流的慣性力與重力的相對(duì)大小。（3）從水流現(xiàn)象判別：緩流時(shí)，水流表面比較平靜，障礙物對(duì)水流的影響可以向上游傳播；急流時(shí)，水流速度較快，表面有明顯的波動(dòng)，障礙物對(duì)水流的影響只能向下游傳播；臨界流是緩流和急流的過(guò)渡狀態(tài)。五、計(jì)算題（每題15分，共30分）1.如圖所示，有一矩形斷面的混凝土渠道，底寬\(b=2m\)，底坡\(i=0.001\)，糙率\(n=0.014\)，通過(guò)的流量\(Q=3m^{3}/s\)。試判斷渠道中的水流是層流還是紊流，是緩流還是急流。解：（1）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\(A=bh\)，設(shè)水深為\(h\)，根據(jù)流量公式\(Q=AC\sqrt{Ri}\)（\(C\)為謝才系數(shù)，\(R\)為水力半徑），先求正常水深\(h_{0}\)。水力半徑\(R=\frac{A}{\chi}=\frac{bh}{b+2h}\)謝才系數(shù)\(C=\frac{1}{n}R^{y}\)，對(duì)于矩形斷面，當(dāng)\(R\)在\(0.1-3m\)之間時(shí)，\(y=1.5\sqrt{n}=1.5\sqrt{0.014}\approx0.18\)由\(Q=AC\sqrt{Ri}\)可得\(3=bh\times\frac{1}{n}R^{y}\sqrt{Ri}\)假設(shè)\(h=1m\)，則\(A=bh=2\times1=2m^{2}\)，\(\chi=b+2h=2+2\times1=4m\)，\(R=\frac{A}{\chi}=\frac{2}{4}=0.5m\)\(C=\frac{1}{n}R^{y}=\frac{1}{0.014}\times0.5^{0.18}\approx67.3\)\(Q=AC\sqrt{Ri}=2\times67.3\times\sqrt{0.5\times0.001}\approx3.03m^{3}/s\approx3m^{3}/s\)，所以水深\(h\approx1m\)（2）計(jì)算雷諾數(shù)\(Re\)判斷流態(tài)斷面平均流速\(v=\frac{Q}{A}=\frac{3}{2}=1.5m/s\)水力半徑\(R=0.5m\)，運(yùn)動(dòng)黏滯系數(shù)\(\nu\)，對(duì)于水在常溫下\(\nu=1\times10^{-6}m^{2}/s\)雷諾數(shù)\(Re=\frac{vR}{\nu}=\frac{1.5\times0.5}{1\times10^{-6}}=7.5\times10^{5}\gt2000\)，所以水流為紊流。（3）計(jì)算臨界水深\(h_{c}\)判斷流態(tài)對(duì)于矩形斷面，臨界水深\(h_{c}=\sqrt[3]{\frac{\alphaQ^{2}}{gb^{2}}}\)，取\(\alpha=1\)\(h_{c}=\sqrt[3]{\frac{1\times3^{2}}{9.8\times2^{2}}}\approx0.61m\)因?yàn)閈(h=1m\gth_{c}=0.61m\)，所以水流為緩流。2.有一水平放置的突然擴(kuò)大圓管，已知小管直徑\(d_{1}=100mm\)，大管直徑\(d_{2}=200mm\)，小管中的流速\(v_{1}=4