水力學(xué)考試試題及答案一、選擇題（每題3分，共30分）1.連續(xù)介質(zhì)假設(shè)意味著（）。A.流體分子間沒(méi)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，但可以忽略D.流體不可壓縮答案：B。連續(xù)介質(zhì)假設(shè)是將流體視為由無(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)，流體質(zhì)點(diǎn)緊密相連，沒(méi)有間隙?；诖思僭O(shè)，流體中的物理參數(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，可表示為連續(xù)函數(shù)。選項(xiàng)A錯(cuò)誤，分子間存在間隙；選項(xiàng)C不是連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的核心含義；選項(xiàng)D連續(xù)介質(zhì)假設(shè)與流體是否可壓縮無(wú)關(guān)。2.靜止流體中某點(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.流體的表面壓強(qiáng)D.流體的流動(dòng)狀態(tài)答案：D。根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程\(p=p_0+\rhogh\)，其中\(zhòng)(p\)為某點(diǎn)壓強(qiáng)，\(p_0\)為表面壓強(qiáng)，\(\rho\)為流體密度（與流體種類有關(guān)），\(h\)為該點(diǎn)到自由液面的垂直距離（與位置有關(guān)）。而靜止流體中，壓強(qiáng)大小與流體的流動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，因?yàn)殪o止流體不存在流速等與流動(dòng)相關(guān)的因素影響壓強(qiáng)。3.圓管層流運(yùn)動(dòng)，其沿程損失與流速的（）次方成正比。A.1B.1.75C.2D.2.5答案：A。圓管層流的沿程水頭損失公式為\(h_f=\frac{32\mulv}{\rhogd^{2}}\)，可以看出沿程損失\(h_f\)與流速\(v\)的一次方成正比。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)\(Re=\frac{\rhovd}{\mu}=\frac{vd}{\nu}\)，其中分子項(xiàng)\(\rhovd\)具有慣性力的量綱，分母項(xiàng)\(\mu\)反映黏性力的特性，所以雷諾數(shù)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\(l\)的兩斷面間，測(cè)壓管水頭差\(h\)，兩斷面間沿程水頭損失為\(h_f\)，則（）。A.\(h_f=h\)B.\(h_f=h+l\)C.\(h_f=l-h\)D.\(h_f=l+h\)答案：C。設(shè)上斷面測(cè)壓管水頭為\(H_{p1}\)，下斷面測(cè)壓管水頭為\(H_{p2}\)，則\(h=H_{p1}-H_{p2}\)。根據(jù)能量方程\(z_1+\frac{p_1}{\rhog}+\frac{v_1^{2}}{2g}=z_2+\frac{p_2}{\rhog}+\frac{v_2^{2}}{2g}+h_f\)，對(duì)于垂直管內(nèi)流動(dòng)且管徑不變\(v_1=v_2\)，則\((z_1+\frac{p_1}{\rhog})-(z_2+\frac{p_2}{\rhog})=h_f\)，又因?yàn)閈(z_1-z_2=l\)，\((z_1+\frac{p_1}{\rhog})-(z_2+\frac{p_2}{\rhog})=l-h\)，所以\(h_f=l-h\)。6.明渠均勻流的水力坡度\(J\)、水面坡度\(J_s\)和渠底坡度\(i\)三者之間的關(guān)系為（）。A.\(J>J_s>i\)B.\(J=J_s=i\)C.\(J<J_s<i\)D.不確定答案：B。在明渠均勻流中，水流的流線為平行直線，水深、流速等沿程不變。根據(jù)水力坡度的定義\(J=\frac{h_f}{l}\)（\(h_f\)為沿程水頭損失，\(l\)為流程長(zhǎng)度），水面坡度\(J_s\)是水面沿流程的降落坡度，渠底坡度\(i\)是渠底沿流程的降落坡度。由于均勻流中水深不變，能量損失僅用于克服沿程阻力，所以水力坡度\(J\)、水面坡度\(J_s\)和渠底坡度\(i\)三者相等。7.弗勞德數(shù)\(Fr\)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：A。弗勞德數(shù)\(Fr=\frac{v}{\sqrt{gh}}\)，分子項(xiàng)\(v\)與慣性力相關(guān)，分母項(xiàng)\(\sqrt{gh}\)與重力相關(guān)，所以弗勞德數(shù)反映了重力與慣性力的對(duì)比關(guān)系。當(dāng)\(Fr<1\)時(shí)，流動(dòng)為緩流，重力起主導(dǎo)作用；當(dāng)\(Fr=1\)時(shí)，為臨界流；當(dāng)\(Fr>1\)時(shí)，為急流，慣性力起主導(dǎo)作用。8.寬頂堰淹沒(méi)出流的條件是（）。A.\(h_s>0\)B.\(h_s>0\)且\(h_s<(0.8-0.85)H_0\)C.\(h_s>(0.8-0.85)H_0\)D.與\(h_s\)無(wú)關(guān)答案：C。寬頂堰淹沒(méi)出流的條件是下游水位較高，使得堰頂水流受到頂托，當(dāng)下游水深\(h_s\)滿足\(h_s>(0.8-0.85)H_0\)（\(H_0\)為堰上總水頭）時(shí)，發(fā)生淹沒(méi)出流。9.滲流的達(dá)西定律適用的條件是，滲流為（）。A.恒定均勻?qū)恿鰾.恒定均勻紊流C.非恒定均勻?qū)恿鱀.非恒定均勻紊流答案：A。達(dá)西定律\(v=kJ\)，其中\(zhòng)(v\)為滲流速度，\(k\)為滲透系數(shù)，\(J\)為水力坡度。該定律是基于恒定均勻?qū)恿鞯臐B流實(shí)驗(yàn)得出的，只有在這種條件下，滲流速度與水力坡度才成線性關(guān)系。10.水躍是（）。A.急流過(guò)渡到緩流B.緩流過(guò)渡到急流C.層流過(guò)渡到紊流D.紊流過(guò)渡到層流答案：A。水躍是明渠水流從急流狀態(tài)（弗勞德數(shù)\(Fr>1\)）過(guò)渡到緩流狀態(tài)（弗勞德數(shù)\(Fr<1\)）時(shí)發(fā)生的一種局部水力現(xiàn)象，在水躍區(qū)內(nèi)，水流會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的紊動(dòng)、摻氣等現(xiàn)象。二、填空題（每題3分，共30分）1.流體的黏性是指流體在流動(dòng)過(guò)程中，流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間或流層間因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生__________以反抗相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。答案：內(nèi)摩擦力。流體黏性的本質(zhì)就是當(dāng)流體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，流層之間會(huì)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力來(lái)阻礙這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)，內(nèi)摩擦力的大小與流體的黏性系數(shù)、速度梯度等因素有關(guān)。2.作用于流體上的力按其作用方式可分為_(kāi)_________和表面力。答案：質(zhì)量力。質(zhì)量力是作用在流體每個(gè)質(zhì)點(diǎn)上的力，其大小與流體的質(zhì)量成正比，如重力、慣性力等；表面力是作用在流體表面上的力，與作用面積有關(guān)，如壓力、切力等。3.流體靜壓強(qiáng)的特性有：（1）靜壓強(qiáng)的方向總是沿著作用面的__________方向；（2）任意一點(diǎn)的靜壓強(qiáng)大小與作用面的方位__________。答案：內(nèi)法線；無(wú)關(guān)。流體靜壓強(qiáng)的方向必然垂直指向作用面，即沿著作用面的內(nèi)法線方向；并且在靜止流體中，同一點(diǎn)各個(gè)方向上的靜壓強(qiáng)大小是相等的，與作用面的方位無(wú)關(guān)。4.圓管層流的斷面流速分布規(guī)律呈__________分布，平均流速是最大流速的__________。答案：拋物線；一半。圓管層流中，根據(jù)理論推導(dǎo)，斷面流速分布滿足\(u=u_{max}(1-\frac{r^{2}}{r_0^{2}})\)，這是一個(gè)拋物線方程。平均流速\(v=\frac{1}{2}u_{max}\)。5.尼古拉茲實(shí)驗(yàn)曲線中，沿程阻力系數(shù)\(\lambda\)只與雷諾數(shù)\(Re\)有關(guān)的區(qū)域是__________區(qū)和__________區(qū)。答案：層流；水力光滑。在層流區(qū)，\(\lambda=\frac{64}{Re}\)，僅與雷諾數(shù)有關(guān)；在水力光滑區(qū)，管壁的粗糙凸起被層流底層所覆蓋，對(duì)流動(dòng)阻力影響較小，\(\lambda\)主要取決于雷諾數(shù)。6.明渠水流的三種流態(tài)分別是__________、__________和臨界流。答案：緩流；急流。根據(jù)弗勞德數(shù)\(Fr\)的值來(lái)區(qū)分明渠水流流態(tài)，\(Fr<1\)為緩流，\(Fr=1\)為臨界流，\(Fr>1\)為急流。7.堰流根據(jù)堰頂厚度與堰上水頭的比值不同可分為薄壁堰流、__________和寬頂堰流。答案：實(shí)用堰流。當(dāng)堰頂厚度\(\delta\)與堰上水頭\(H\)滿足不同關(guān)系時(shí)，分為不同類型的堰流，\(\delta/H<0.67\)為薄壁堰流，\(0.67<\delta/H<2.5\)為實(shí)用堰流，\(2.5<\delta/H<10\)為寬頂堰流。8.滲流模型是把實(shí)際上并不充滿全部空間的液體運(yùn)動(dòng)，看成是連續(xù)地充滿整個(gè)__________的運(yùn)動(dòng)。答案：滲流區(qū)域。滲流模型忽略了土壤顆粒的存在，將滲流看成是在整個(gè)滲流區(qū)域內(nèi)連續(xù)的水流運(yùn)動(dòng)，這樣可以用研究連續(xù)介質(zhì)流動(dòng)的方法來(lái)研究滲流問(wèn)題。9.水擊現(xiàn)象是由于水流的__________發(fā)生急劇變化而引起的。答案：流速。當(dāng)管道中閥門(mén)突然關(guān)閉或開(kāi)啟等情況發(fā)生時(shí)，水流的流速會(huì)急劇變化，從而引起壓強(qiáng)的大幅度波動(dòng)，產(chǎn)生水擊現(xiàn)象。10.畢托管是一種測(cè)量流體__________的儀器。答案：點(diǎn)流速。畢托管通過(guò)測(cè)量流體中某一點(diǎn)的總水頭和靜水頭，利用兩者的差值來(lái)計(jì)算該點(diǎn)的流速。三、計(jì)算題（每題20分，共40分）1.有一水平放置的等直徑圓管，管徑\(d=100mm\)，管長(zhǎng)\(l=50m\)，輸送水的流量\(Q=0.01m^{3}/s\)，已知水的運(yùn)動(dòng)黏度\(\nu=1.0\times10^{-6}m^{2}/s\)，試求：（1）判斷管內(nèi)水流的流態(tài)；（2）計(jì)算管內(nèi)的沿程水頭損失\(h_f\)。解：（1）首先計(jì)算管內(nèi)水流的流速\(v\)：根據(jù)流量公式\(Q=Av\)，其中\(zhòng)(A=\frac{\pid^{2}}{4}\)，\(d=0.1m\)，\(Q=0.01m^{3}/s\)，則\(A=\frac{\pi\times(0.1)^{2}}{4}=0.00785m^{2}\)\(v=\frac{Q}{A}=\frac{0.01}{0.00785}\approx1.27m/s\)然后計(jì)算雷諾數(shù)\(Re\)：\(Re=\frac{vd}{\nu}=\frac{1.27\times0.1}{1.0\times10^{-6}}=127000>2000\)所以管內(nèi)水流為紊流。（2）由于本題未給出管道的粗糙度等信息，對(duì)于紊流，先假設(shè)為水力光滑區(qū)，采用布拉修斯公式\(\lambda=\frac{0.3164}{Re^{0.25}}\)\(Re=127000\)，則\(\lambda=\frac{0.3164}{127000^{0.25}}\approx0.018\)根據(jù)達(dá)西-魏斯巴赫公式\(h_f=\lambda\frac{l}blbrxpj\frac{v^{2}}{2g}\)\(l=50m\)，\(d=0.1m\)，\(v=1.27m/s\)，\(g=9.8m/s^{2}\)\(h_f=0.018\times\frac{50}{0.1}\times\frac{1.27^{2}}{2\times9.8}\approx0.72m\)2.一矩形斷面明渠，底寬\(b=2m\)，渠底坡度\(i=0.001\)，粗糙系數(shù)\(n=0.02\)，當(dāng)通過(guò)流量\(Q=5m^{3}/s\)時(shí)，試求：（1）正常水深\(h_0\)；（2）判斷水流的流態(tài)。解：（1）明渠均勻流的流量公式為\(Q=AC\sqrt{Ri}\)，其中\(zhòng)(A=bh_0\)，\(R=\frac{A}{\chi}\)（\(\chi=b+2h_0\)），謝才系數(shù)\(C=\frac{1}{n}R^{y}\)，對(duì)于矩形斷面，當(dāng)\(R<1m\)時(shí)，\(y=1.5\sqrt{n}\)；當(dāng)\(R>1m\)時(shí)，\(y=1.3\sqrt{n}\)，本題先按試算法求解正常水深\(h_0\)。\(A=bh_0=2h_0\)，\(\chi=b+2h_0=2+2h_0\)，\(R=\frac{2h_0}{2+2h_0}=\frac{h_0}{1+h_0}\)\(C=\frac{1}{n}R^{y}\)，\(n=0.02\)\(Q=AC\sqrt{Ri}=2h_0\times\frac{1}{0.02}(\frac{h_0}{1+h_0})^{y}\sqrt{\frac{h_0}{1+h_0}\times0.001}\)假設(shè)\(h_0=1.5m\)\(A=2\times1.5=3m^{2}\)\(\chi=2+2\times1.5=5m\)\(R=\frac{3}{5}=0.6m\)\(y=1.5\sqrt{0.02}\approx0.212\)\(C=\frac{1}{0.02}\times0.6^{0.212}\approx50.7\)\(Q=AC\sqrt{Ri}=3\times50.7\sqrt{0.6\times0.001}\approx4.6m^{3}/s<5m^{3}/s\)假設(shè)\(h_0=1.6m\)\(A=2\times1.6=3.2m^{2}\)\(\chi=2+2\times1.6=5.2m\)\(R=\frac{3.2}{5.2}\approx0.615m\)\(y=1.5\sqrt{0.02}\approx0.212\)\(C=\frac{1}{0.02}\times