2025年水利工程師水力學(xué)測試題含參考答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.關(guān)于流體粘性的描述，正確的是（）。A.粘性是流體抵抗剪切變形的能力，僅與溫度有關(guān)B.液體的粘性隨溫度升高而減小，氣體的粘性隨溫度升高而增大C.理想流體的粘性系數(shù)為零，實(shí)際流體的粘性系數(shù)恒大于零D.牛頓內(nèi)摩擦定律適用于所有流體2.靜止流體中某點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)（）。A.僅與該點(diǎn)的位置深度有關(guān)，與方向無關(guān)B.與該點(diǎn)的位置深度和方向均有關(guān)C.與該點(diǎn)的位置深度無關(guān)，與方向有關(guān)D.僅與流體密度有關(guān)，與位置深度無關(guān)3.雷諾數(shù)Re的物理意義是（）。A.慣性力與粘性力的比值B.重力與粘性力的比值C.壓力與慣性力的比值D.粘性力與表面張力的比值4.恒定總流的伯努利方程中，“水頭”的物理意義是（）。A.單位質(zhì)量流體的機(jī)械能B.單位重量流體的機(jī)械能C.單位體積流體的機(jī)械能D.單位時間通過過流斷面的機(jī)械能5.圓管層流流動中，斷面流速分布的規(guī)律是（）。A.均勻分布B.線性分布（三角形分布）C.拋物線分布D.對數(shù)分布6.明渠均勻流的必要條件是（）。A.底坡為正，流量恒定，渠道斷面形狀、尺寸及粗糙系數(shù)沿程不變B.底坡為平坡，流量變化，渠道斷面收縮C.底坡為逆坡，流量恒定，粗糙系數(shù)沿程增大D.底坡為正，流量變化，斷面形狀不規(guī)則7.薄壁堰、實(shí)用堰、寬頂堰的分類依據(jù)是（）。A.堰頂厚度與堰上水頭的比值B.堰的材料類型C.堰的下游水位影響程度D.堰的流量系數(shù)大小8.達(dá)西定律的適用條件是（）。A.非恒定滲流，雷諾數(shù)大于10B.恒定滲流，雷諾數(shù)小于10的層流C.非恒定滲流，雷諾數(shù)小于10的湍流D.恒定滲流，雷諾數(shù)大于10的湍流9.閘孔出流與堰流的主要區(qū)別是（）。A.閘孔出流的水流受到閘門控制，水面線不連續(xù)；堰流的水面線連續(xù)B.閘孔出流的流量更大C.堰流的上下游水位差更大D.閘孔出流的流速分布更均勻10.虹吸管正常工作的條件不包括（）。A.虹吸管頂部的真空度不超過允許值（一般不大于7-8m水柱）B.虹吸管進(jìn)口端低于上游水面，出口端低于下游水面C.虹吸管內(nèi)的水流必須為恒定流D.虹吸管的管徑沿程必須逐漸擴(kuò)大二、填空題（每空2分，共20分）1.牛頓內(nèi)摩擦定律的表達(dá)式為________，其中μ為________。2.測壓管水頭由________和________兩部分組成。3.圓管湍流的流速分布在近壁處為________層，核心區(qū)為________層。4.明渠均勻流的基本公式為________，其中C為________系數(shù)。5.臨界水深是指________時的水深，其計(jì)算公式為________（以矩形斷面為例）。6.裘布依假設(shè)認(rèn)為，潛水井滲流的過水?dāng)嗝鏋開_______，水力坡度近似為________。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述恒定流與非恒定流的區(qū)別，并舉例說明工程中的非恒定流現(xiàn)象。2.尼古拉茲實(shí)驗(yàn)揭示了圓管流動中沿程水頭損失系數(shù)λ的哪些變化規(guī)律？3.明渠均勻流的形成需要滿足哪些條件？為什么天然河道中很難形成均勻流？4.比較薄壁堰、實(shí)用堰、寬頂堰的水力特性差異（從堰頂厚度、流量系數(shù)、水流形態(tài)三方面說明）。5.推導(dǎo)滲流連續(xù)方程（以二維恒定滲流為例），并說明其物理意義。四、計(jì)算題（每題10分，共40分）1.如圖所示，一鉛直矩形平板閘門，高度h=3m，寬度b=2m，閘門頂部與水面齊平（即淹沒深度h1=0）。求閘門所受的靜水總壓力大小及壓力中心的位置（相對于水面的深度）。（水的密度ρ=1000kg/m3，g=9.8m/s2）2.某水平放置的變直徑圓管，已知1-1斷面直徑d1=100mm，流速v1=2m/s；2-2斷面直徑d2=50mm，兩斷面間的水頭損失h_w=0.05m（以2-2斷面為基準(zhǔn)面）。試求兩斷面的壓強(qiáng)差p1-p2（忽略動能修正系數(shù)，取α=1）。3.一條梯形斷面渠道，底寬b=5m，邊坡系數(shù)m=1.5（即邊坡1:m），正常水深h0=2m，粗糙系數(shù)n=0.025，底坡i=0.0004。試計(jì)算渠道的過流流量Q（采用曼寧公式計(jì)算謝才系數(shù)C，C=R^(1/6)/n，其中水力半徑R=A/χ，A為過流斷面面積，χ為濕周）。4.某潛水完整井，含水層厚度H=15m，滲透系數(shù)k=5m/d，影響半徑R=200m，井的半徑r0=0.2m，抽水時井中水深h=10m。試按裘布依公式計(jì)算井的涌水量Q。參考答案一、單項(xiàng)選擇題1.B（液體分子間內(nèi)聚力隨溫度升高減弱，粘性減?。粴怏w粘性由分子熱運(yùn)動動量交換主導(dǎo)，溫度升高動量交換加劇，粘性增大）2.A（靜水壓強(qiáng)特性：同一點(diǎn)各方向壓強(qiáng)相等，僅與位置深度和流體密度有關(guān)）3.A（Re=慣性力/粘性力，判別流態(tài)）4.B（伯努利方程各項(xiàng)單位為m，即單位重量流體的能量）5.C（層流流速分布為拋物線，最大流速在管軸，平均流速為最大流速的1/2）6.A（均勻流要求底坡正、斷面及粗糙系數(shù)不變、流量恒定，水面線與底坡平行）7.A（薄壁堰δ/H<0.67，實(shí)用堰0.67≤δ/H≤2.5，寬頂堰2.5<δ/H≤10）8.B（達(dá)西定律適用于雷諾數(shù)Re<10的恒定層流滲流）9.A（閘孔出流受閘門控制，水流收縮，水面線不連續(xù)；堰流無閘門阻擋，水面線連續(xù)）10.D（虹吸管管徑可沿程變化，但需保證頂部真空度不超限，進(jìn)出口位置滿足條件）二、填空題1.τ=μ(dμ/dy)；動力粘性系數(shù)（或粘度）2.位置水頭（z）；壓強(qiáng)水頭（p/ρg）3.粘性底層（或?qū)恿鞯讓樱?；湍流核?.Q=AC√(Ri)；謝才5.斷面單位能量最小時；h_k=3√(q2/g)（q為單寬流量）6.圓柱面；直線（或近似為常數(shù)）三、簡答題1.區(qū)別：恒定流中各空間點(diǎn)的運(yùn)動要素（流速、壓強(qiáng)等）不隨時間變化；非恒定流中至少有一個運(yùn)動要素隨時間變化。工程實(shí)例：水電站調(diào)節(jié)流量時壓力管道內(nèi)的水流、潮汐作用下的河口水流、潰壩時的洪水演進(jìn)等均為非恒定流。2.尼古拉茲實(shí)驗(yàn)通過人工粗糙管（砂粒均勻粘貼）揭示了λ的變化規(guī)律：（1）層流區(qū)（Re≤2300）：λ=64/Re，僅與Re有關(guān)；（2）層流-湍流過渡區(qū)（2300<Re<4000）：λ隨Re增大而減小，仍與Re有關(guān)；（3）湍流光滑區(qū)（Re≥4000且Δ/d較小）：λ=f(Re)，與相對粗糙度Δ/d無關(guān)；（4）湍流過渡區(qū)（Δ/d中等）：λ=f(Re,Δ/d)，與兩者均有關(guān)；（5）湍流粗糙區(qū)（Re很大，Δ/d較大）：λ=f(Δ/d)，與Re無關(guān)（阻力平方區(qū)）。3.形成條件：（1）渠道為長直棱柱體（斷面形狀、尺寸、粗糙系數(shù)沿程不變）；（2）底坡為正坡（i>0）且沿程不變；（3）流量恒定；（4）水流為恒定流，無支流匯入或分出。天然河道難形成的原因：天然河道斷面不規(guī)則、底坡起伏、粗糙系數(shù)沿程變化、流量隨時間波動（如洪水期），難以滿足均勻流的嚴(yán)格條件。4.水力特性差異：（1）堰頂厚度δ與堰上水頭H的比值：薄壁堰δ/H<0.67，實(shí)用堰0.67≤δ/H≤2.5，寬頂堰2.5<δ/H≤10；（2）流量系數(shù)m：薄壁堰（如三角堰、矩形堰）m較大（約0.4-0.45），實(shí)用堰m最大（約0.45-0.55），寬頂堰m較?。s0.32-0.38）；（3）水流形態(tài)：薄壁堰水流呈明顯的“堰面收縮”，水舌脫離堰頂；實(shí)用堰水流貼附堰面，形成光滑的曲面；寬頂堰水流在堰頂形成“平流段”，水面接近水平，末端發(fā)生水躍。5.二維恒定滲流連續(xù)方程推導(dǎo)：假設(shè)滲流為連續(xù)、不可壓縮流體的恒定流動，取微小矩形控制體（dx×dy×1，厚度為1），x、y方向的滲流速度分別為u_x、u_y。根據(jù)質(zhì)量守恒，單位時間流入與流出控制體的質(zhì)量相等：流入x方向質(zhì)量：ρu_xdy×1；流出x方向質(zhì)量：ρ(u_x+?u_x/?xdx)dy×1流入y方向質(zhì)量：ρu_ydx×1；流出y方向質(zhì)量：ρ(u_y+?u_y/?ydy)dx×1恒定流中質(zhì)量無積累，故凈流出質(zhì)量為0：[ρ(u_x+?u_x/?xdx)dy-ρu_xdy]+[ρ(u_y+?u_y/?ydy)dx-ρu_ydx]=0化簡得：?u_x/?x+?u_y/?y=0物理意義：恒定滲流中，單位時間內(nèi)流入與流出微小控制體的體積流量相等，反映了滲流的連續(xù)性。四、計(jì)算題1.靜水總壓力計(jì)算：閘門為鉛直矩形，頂部與水面齊平，淹沒深度h1=0，底部淹沒深度h2=h=3m。（1）總壓力大?。篜=ρgAh_c，其中A=bh=2×3=6m2，h_c為形心深度（矩形形心位于h/2處），即h_c=3/2=1.5m。代入得：P=1000×9.8×6×1.5=88200N=88.2kN。（2）壓力中心位置（相對于水面的深度y_D）：對于矩形平面，壓力中心公式為y_D=y_c+(I_c)/(y_cA)，其中y_c=h_c=1.5m，I_c為對形心軸的慣性矩（矩形I_c=bh3/12=2×33/12=4.5m?）。代入得：y_D=1.5+4.5/(1.5×6)=1.5+0.5=2m。2.變直徑圓管壓強(qiáng)差計(jì)算：由連續(xù)性方程：v1A1=v2A2→v2=v1(d1/d2)2=2×(100/50)2=8m/s。以2-2斷面為基準(zhǔn)面，伯努利方程：z1+p1/(ρg)+v12/(2g)=z2+p2/(ρg)+v22/(2g)+h_w因水平放置，z1=z2=0，化簡得：p1-p2=ρg[(v22-v12)/(2g)+h_w]=1000×[(82-22)/2+0.05×9.8]計(jì)算：(64-4)/2=30，0.05×9.8=0.49，故p1-p2=1000×(30+0.49)=30490Pa=30.49kPa（p1>p2）。3.梯形渠道過流流量計(jì)算：（1）過流斷面面積A：梯形面積=(b+mh)h=(5+1.5×2)×2=(5+3)×2=16m2。（2）濕周χ：χ=b+2h√(1+m2)=5+2×2×√(1+1.52)=5+4×√3.25≈5+4×1.803≈12.212m。（3）水力半徑R=A/χ=16/12.212≈1.31m。（4）謝才系數(shù)C=R^(1/6)/n=1.31^(1/6)/0.025≈1.047/0.025≈41.88m^(1/2)/s。（5）流量Q=AC√(Ri)=16×41.88×√(1.31×0.0004)≈16×41.88×√0.000524≈16×41.88×0.0229≈16×0.96≈15.36m3/s（保留兩位小數(shù)為15.36m