水力學(xué)考試題庫(kù)及答案一、選擇題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，但非常小D.流體不可壓縮答案：B解析：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)。這樣流體中的物理參數(shù)（如速度、壓強(qiáng)、密度等）在空間和時(shí)間上是連續(xù)變化的，可表示為連續(xù)函數(shù)。流體分子間實(shí)際上是有間隙的，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；C選項(xiàng)表述不是連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的核心意義；連續(xù)介質(zhì)假設(shè)與流體是否可壓縮無(wú)關(guān)，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。2.理想流體是指（）A.忽略黏性的流體B.密度不變的流體C.不可壓縮的流體D.符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體答案：A解析：理想流體是一種理想化的模型，其假設(shè)流體沒(méi)有黏性，即忽略了流體內(nèi)部的摩擦力。密度不變的流體是均質(zhì)流體；不可壓縮流體是指密度不隨壓強(qiáng)變化的流體；符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體是黏性流體，而理想流體忽略黏性，不遵循牛頓內(nèi)摩擦定律。所以本題選A。3.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(lèi)C.流體的表面壓強(qiáng)D.流體的流動(dòng)速度答案：D解析：根據(jù)流體靜壓強(qiáng)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(lèi)有關(guān)），\(h\)為該點(diǎn)到自由液面的垂直距離（與該點(diǎn)位置有關(guān)）。而靜止流體中速度為零，壓強(qiáng)大小與流體的流動(dòng)速度無(wú)關(guān)。所以答案是D。4.均勻流是指（）A.斷面平均流速沿流程不變的流動(dòng)B.各點(diǎn)流速大小和方向都不變的流動(dòng)C.流線為平行直線的流動(dòng)D.遷移加速度為零的流動(dòng)答案：C解析：均勻流的定義是流線為平行直線的流動(dòng)。斷面平均流速沿流程不變的流動(dòng)不一定是均勻流；各點(diǎn)流速大小和方向都不變的流動(dòng)是恒定流的一種特殊情況，但不是均勻流的準(zhǔn)確定義；遷移加速度為零的流動(dòng)是均勻流的一個(gè)特征，但不能作為均勻流的定義。所以本題選C。5.圓管層流運(yùn)動(dòng)，其斷面流速分布符合（）A.均勻分布B.直線分布C.拋物線分布D.對(duì)數(shù)曲線分布答案：C解析：對(duì)于圓管層流運(yùn)動(dòng)，根據(jù)理論推導(dǎo)，其斷面流速分布公式為\(u=u_{max}(1-\frac{r^{2}}{r_{0}^{2}})\)，其中\(zhòng)(u\)為距管軸距離為\(r\)處的流速，\(u_{max}\)為管軸處的最大流速，\(r_0\)為圓管半徑。這是一個(gè)拋物線方程，所以圓管層流運(yùn)動(dòng)斷面流速分布符合拋物線分布。答案選C。二、判斷題1.流體的黏性是流體抵抗剪切變形的能力，它只與流體的種類(lèi)有關(guān)，與溫度無(wú)關(guān)。（）答案：錯(cuò)誤解析：流體的黏性不僅與流體的種類(lèi)有關(guān)，還與溫度密切相關(guān)。對(duì)于液體，溫度升高，黏性減小；對(duì)于氣體，溫度升高，黏性增大。所以該說(shuō)法錯(cuò)誤。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(wú)關(guān)。（）答案：正確解析：根據(jù)流體靜壓強(qiáng)的特性，流體靜壓強(qiáng)的大小與作用面的方位無(wú)關(guān)，只與該點(diǎn)的位置有關(guān)。這可以通過(guò)流體靜力學(xué)基本原理進(jìn)行證明，在靜止流體中取微小四面體進(jìn)行受力分析，得出任意一點(diǎn)各個(gè)方向的壓強(qiáng)相等。所以該說(shuō)法正確。3.恒定流一定是均勻流，均勻流不一定是恒定流。（）答案：錯(cuò)誤解析：恒定流是指流場(chǎng)中各點(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)；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，例如在變徑管道中的恒定流就不是均勻流；均勻流也不一定是恒定流，不過(guò)在實(shí)際工程中，通常研究的均勻流多為恒定均勻流。所以該說(shuō)法錯(cuò)誤。4.雷諾數(shù)是反映流體慣性力與黏性力相對(duì)大小的一個(gè)無(wú)量綱數(shù)。（）答案：正確解析：雷諾數(shù)\(Re=\frac{vd}{\nu}\)，其中\(zhòng)(v\)為流速，\(d\)為特征長(zhǎng)度，\(\nu\)為運(yùn)動(dòng)黏度。雷諾數(shù)的物理意義是反映流體慣性力與黏性力的相對(duì)大小。當(dāng)雷諾數(shù)較小時(shí)，黏性力起主導(dǎo)作用；當(dāng)雷諾數(shù)較大時(shí)，慣性力起主導(dǎo)作用。所以該說(shuō)法正確。5.水躍是明渠水流從緩流過(guò)渡到急流時(shí)發(fā)生的一種局部水力現(xiàn)象。（）答案：錯(cuò)誤解析：水躍是明渠水流從急流過(guò)渡到緩流時(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)、摻氣等現(xiàn)象，水面會(huì)突然躍起。所以該說(shuō)法錯(cuò)誤。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述流體靜壓強(qiáng)的兩個(gè)特性。答案：流體靜壓強(qiáng)具有以下兩個(gè)特性：（1）流體靜壓強(qiáng)的方向總是沿著作用面的內(nèi)法線方向。這是因?yàn)榱黧w不能承受拉力，在靜止?fàn)顟B(tài)下，流體對(duì)作用面的壓力只能是垂直指向作用面，即沿著作用面的內(nèi)法線方向。（2）靜止流體中任意一點(diǎn)的流體靜壓強(qiáng)的大小與作用面的方位無(wú)關(guān)，只與該點(diǎn)的位置有關(guān)。可以通過(guò)在靜止流體中取微小四面體，對(duì)其進(jìn)行受力分析，根據(jù)平衡條件得出該點(diǎn)各個(gè)方向的壓強(qiáng)相等，只取決于該點(diǎn)在流體中的位置。2.簡(jiǎn)述伯努利方程\(z_1+\frac{p_1}{\rhog}+\frac{\alpha_1v_1^{2}}{2g}=z_2+\frac{p_2}{\rhog}+\frac{\alpha_2v_2^{2}}{2g}+h_{w1-2}\)各項(xiàng)的物理意義和幾何意義。答案：（1）各項(xiàng)的物理意義：-\(z\)：表示單位重量流體所具有的位置勢(shì)能，簡(jiǎn)稱(chēng)位能，它反映了流體所處的位置高度。-\(\frac{p}{\rhog}\)：表示單位重量流體所具有的壓強(qiáng)勢(shì)能，簡(jiǎn)稱(chēng)壓能，它是由于流體受到壓強(qiáng)作用而具有的能量。-\(\frac{\alphav^{2}}{2g}\)：表示單位重量流體所具有的動(dòng)能，其中\(zhòng)(\alpha\)是動(dòng)能修正系數(shù)，考慮了斷面流速分布不均勻的影響。-\(h_{w1-2}\)：表示單位重量流體從斷面1流到斷面2的過(guò)程中所損失的能量，稱(chēng)為水頭損失。（2）各項(xiàng)的幾何意義：-\(z\)：稱(chēng)為位置水頭，是該點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)面的高度。-\(\frac{p}{\rhog}\)：稱(chēng)為壓強(qiáng)水頭，它可以用測(cè)壓管中液柱的高度來(lái)表示。-\(\frac{\alphav^{2}}{2g}\)：稱(chēng)為速度水頭，它表示流體以速度\(v\)流動(dòng)時(shí)，所能垂直上升的高度。-\(h_{w1-2}\)：稱(chēng)為水頭損失，它表示流體在流動(dòng)過(guò)程中由于各種阻力而消耗的水頭高度。3.簡(jiǎn)述尼古拉茲實(shí)驗(yàn)曲線的分區(qū)及各分區(qū)的特點(diǎn)。答案：尼古拉茲實(shí)驗(yàn)曲線根據(jù)雷諾數(shù)\(Re\)和相對(duì)粗糙度\(\frac{k_s}kigcmmg\)（\(k_s\)為絕對(duì)粗糙度，\(d\)為管徑）將流動(dòng)分為五個(gè)區(qū)域：（1）層流區(qū)（\(Re<2000\)）：在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，流動(dòng)狀態(tài)為層流，沿程水頭損失系數(shù)\(\lambda\)只與雷諾數(shù)\(Re\)有關(guān)，與相對(duì)粗糙度無(wú)關(guān)，且\(\lambda=\frac{64}{Re}\)，水頭損失與流速的一次方成正比。（2）臨界區(qū)（\(2000<Re<4000\)）：此區(qū)域是層流向紊流的過(guò)渡區(qū)，流動(dòng)狀態(tài)不穩(wěn)定，\(\lambda\)與\(Re\)有關(guān)，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)比較分散。（3）紊流光滑區(qū)（\(Re>4000\)，且\(\frac{k_s}{\delta}<0.4\)，\(\delta\)為層流底層厚度）：在紊流光滑區(qū)，\(\lambda\)只與雷諾數(shù)\(Re\)有關(guān)，與相對(duì)粗糙度無(wú)關(guān)。此時(shí)層流底層厚度大于絕對(duì)粗糙度，管壁的粗糙凸起被層流底層所覆蓋，對(duì)紊流核心區(qū)的流動(dòng)沒(méi)有影響。（4）紊流過(guò)渡區(qū)（\(0.4<\frac{k_s}{\delta}<6\)）：在這個(gè)區(qū)域，\(\lambda\)與雷諾數(shù)\(Re\)和相對(duì)粗糙度\(\frac{k_s}aca0iks\)都有關(guān)。隨著雷諾數(shù)的增大，層流底層厚度逐漸減小，管壁的粗糙凸起開(kāi)始影響紊流核心區(qū)的流動(dòng)。（5）紊流粗糙區(qū)（\(\frac{k_s}{\delta}>6\)）：在紊流粗糙區(qū)，\(\lambda\)只與相對(duì)粗糙度\(\frac{k_s}cgoawmi\)有關(guān)，與雷諾數(shù)\(Re\)無(wú)關(guān)。此時(shí)層流底層厚度遠(yuǎn)小于絕對(duì)粗糙度，管壁的粗糙凸起完全暴露在紊流核心區(qū)，對(duì)流動(dòng)的阻力起主要作用，水頭損失與流速的平方成正比。4.簡(jiǎn)述明渠均勻流產(chǎn)生的條件。答案：明渠均勻流是指流線為平行直線的明渠水流，其產(chǎn)生需要滿足以下條件：（1）明渠為長(zhǎng)直的棱柱形渠道。長(zhǎng)直渠道可以保證水流在較長(zhǎng)的流程內(nèi)不受邊界條件急劇變化的影響；棱柱形渠道是指過(guò)水?dāng)嗝娴男螤詈统叽缪爻滩蛔兊那?，這樣才能保證水流的過(guò)水?dāng)嗝婧退σ匮爻滔鄬?duì)穩(wěn)定。（2）渠道底坡為正坡且沿程不變。正坡（\(i>0\)）意味著渠道底部是向下傾斜的，為水流的流動(dòng)提供了動(dòng)力；底坡沿程不變可以保證水流的能量損失和動(dòng)力平衡條件沿程穩(wěn)定。（3）渠道壁面粗糙系數(shù)沿程不變。粗糙系數(shù)反映了渠道壁面對(duì)水流的阻力特性，沿程不變的粗糙系數(shù)可以保證水流的阻力特性沿程穩(wěn)定，有利于形成均勻流。（4）流量沿程不變。即沒(méi)有支流的匯入或流出，這樣才能保證過(guò)水?dāng)嗝娴牧髁亢土魉俚人σ匮爻瘫３趾愣?，滿足均勻流的要求。四、計(jì)算題1.如圖所示，一封閉水箱，水面上的絕對(duì)壓強(qiáng)\(p_0=85kN/m^{2}\)，當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)\(p_a=98kN/m^{2}\)，試求：（1）水深\(h=1.0m\)處點(diǎn)\(A\)的絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)和真空度；（2）若點(diǎn)\(A\)的相對(duì)壓強(qiáng)\(p_{rA}=20kN/m^{2}\)，求該點(diǎn)的淹沒(méi)深度\(h\)。答案：（1）-絕對(duì)壓強(qiáng)：根據(jù)流體靜壓強(qiáng)基本方程\(p=p_0+\rhogh\)，水的密度\(\rho=1000kg/m^{3}\)，\(g=9.8m/s^{2}\)，\(p_0=85kN/m^{2}=85000N/m^{2}\)，\(h=1.0m\)。\(p_{A_{abs}}=p_0+\rhogh=85000+1000\times9.8\times1=85000+9800=94800N/m^{2}=94.8kN/m^{2}\)-相對(duì)壓強(qiáng)：相對(duì)壓強(qiáng)\(p_{r}=p-p_a\)，\(p_a=98kN/m^{2}=98000N/m^{2}\)，\(p_{A_{r}}=p_{A_{abs}}-p_a=94800-98000=-3200N/m^{2}=-3.2kN/m^{2}\)-真空度：真空度\(p_v=\vertp_{r}\vert=3.2kN/m^{2}\)（2）已知\(p_{rA}=20kN/m^{2}=20000N/m^{2}\)，\(p_{rA}=p-p_a=(p_0+\rhogh)-p_a\)\(20000=(85000+1000\times9.8\timesh)-98000\)\(20000=85000+9800h-98000\)\(20000=9800h-13000\)\(9800h=20000+13000\)\(9800h=33000\)\(h=\frac{33000}{9800}\approx3.37m\)2.某圓管直徑\(d=100mm\)，管中水流的平均流速\(v=1.0m/s\)，水溫\(t=20^{\circ}C\)（此時(shí)水的運(yùn)動(dòng)黏度\(\nu=1.007\times10^{-6}m^{2}/s\)），試判斷管中水流的流態(tài)，并計(jì)算管中水流為層流時(shí)的最大平均流速。答案：（1）判斷流態(tài)：雷諾數(shù)\(Re=\frac{vd}{\nu}\)，已知\(v=1.0m/s\)，\(d=100mm=0.1m\)，\(\nu=1.007\times10^{-6}m^{2}/s\)\(Re=\frac{1.0\times0.1}{1.007\times10^{-6}}\approx99305>4000\)因?yàn)閈(Re>4000\)，所以管中水流為紊流。（2）計(jì)算層流時(shí)的最大平均流速：對(duì)于圓管層流，臨界雷諾數(shù)\(Re_{cr}=2000\)，由\(Re=\frac{vd}{\nu}\)可得\(v=\frac{Re\nu}qymmq6e\)當(dāng)\(Re=Re_{cr}=2000\)時(shí)，\(v_{max}=\frac{Re_{cr}\nu}oiqocie=\frac{2000\times1.007\times10^{-6}}{0.1}=0.02014m/s\)3.有一梯形斷面渠道，底寬\(b=5m\)，邊坡系數(shù)\(m=1.5\)，水深\(h=2m\)，糙率\(n=0.02\)，底坡\(i=0.0004\)，試求通過(guò)渠道的流量\(Q\)。答案：（1）計(jì)算過(guò)水?dāng)嗝婷娣e\(A\)和濕周\(\chi\)：過(guò)水?dāng)嗝婷娣e\(A=(b+mh)h=(5+1.5\times2)\times2=(5+3)\times2=16m^{2}\)濕周\(\chi=b+2h\sqrt{1+m^{2}}=5+2\times2\sqrt{1+1.5^{2}}=5+4\sqrt{1+2.25}=5+4\sqrt{3.25}\approx5+4\times1.803=5+7.212=12.212m\)（2）計(jì)算水力半徑\(R\)：\(R=\frac{A}{\chi}=\frac{16}{12.212}\approx1.31m\)（3）根據(jù)謝才公式\(C=\frac{1}{n}R^{y}\)（對(duì)于\(R<1m\)，\(y=1.5\sqrt{n}\)；對(duì)于\(R>1m\)，\(y=1.3\sqrt{n}\)），這里\(R=1.31m>1m\)，\(y=1.3\sqrt{0.02}\a