2025年水力學模擬題+答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.關(guān)于流體粘性的描述，正確的是（）。A.液體的粘性隨溫度升高而增大，氣體的粘性隨溫度升高而減小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.液體和氣體的粘性均隨溫度升高而減小D.液體和氣體的粘性均隨溫度升高而增大2.靜止流體中，某點的靜壓強特性為（）。A.僅與該點的位置有關(guān)，與作用面方位無關(guān)B.與該點的位置和作用面方位均有關(guān)C.僅與作用面方位有關(guān)，與位置無關(guān)D.與位置和方位均無關(guān)3.水平放置的等直徑圓管中，恒定流動時，斷面平均流速沿程（）。A.增大B.減小C.不變D.先增后減4.雷諾數(shù)Re的物理意義是（）。A.慣性力與粘性力之比B.粘性力與慣性力之比C.重力與慣性力之比D.壓力與慣性力之比5.圓管層流流動中，斷面流速分布為（）。A.均勻分布B.拋物線分布C.對數(shù)分布D.指數(shù)分布6.明渠均勻流的必要條件不包括（）。A.渠道底坡為常數(shù)B.渠道斷面形狀、尺寸沿程不變C.流量隨時間變化D.水流為恒定流7.達西定律（v=kJ）的適用條件是（）。A.湍流滲流B.過渡流滲流C.層流滲流D.任何流態(tài)滲流8.薄壁小孔口自由出流時，收縮斷面的流速公式為（）。A.\(v=\sqrt{2gH}\)B.\(v=\phi\sqrt{2gH}\)C.\(v=\varepsilon\sqrt{2gH}\)D.\(v=\mu\sqrt{2gH}\)9.水躍是明渠中（）的局部水力現(xiàn)象。A.緩流過渡到急流B.急流過渡到緩流C.層流過渡到湍流D.恒定流過渡到非恒定流10.虹吸管正常工作的必要條件是（）。A.虹吸管頂部壓強高于大氣壓B.虹吸管頂部壓強低于大氣壓C.虹吸管進口流速為零D.虹吸管出口淹沒二、填空題（每空2分，共20分）1.流體的主要物理性質(zhì)包括慣性、重力特性、粘性、壓縮性與膨脹性，其中______是流體抵抗剪切變形的能力。2.靜壓強的基本方程為______，其物理意義是靜止流體中各點的測壓管水頭______。3.恒定總流的連續(xù)性方程表達式為______，其實質(zhì)是______守恒在流體運動中的體現(xiàn)。4.圓管湍流的沿程水頭損失計算公式為______（達西-魏斯巴赫公式），其中λ為______。5.明渠均勻流的謝才公式為______，其中C為謝才系數(shù)，工程中常用______公式計算C值。6.滲流的達西定律表達式為______，其中k為______。三、計算題（共50分）1.（10分）如圖1所示，一矩形閘門垂直放置于水中，閘門高度h=2m，寬度b=1.5m，閘門頂部與水面齊平。求閘門所受的靜水總壓力大小及壓力中心位置（相對于水面的深度）。（水的密度ρ=1000kg/m3，g=9.8m/s2）2.（12分）如圖2所示，水平放置的變直徑圓管，已知1-1斷面直徑d?=100mm，2-2斷面直徑d?=50mm，1-1斷面中心壓強p?=60kPa，2-2斷面中心壓強p?=30kPa，兩斷面間水頭損失h_w=0.5m（以2-2斷面為基準面）。求管中流量Q及1-1斷面的平均流速v?。3.（10分）某圓管直徑d=50mm，管長L=100m，輸送水溫t=20℃（水的運動粘度ν=1.007×10??m2/s），流量Q=2L/s。試判斷管內(nèi)流態(tài)，并計算沿程水頭損失h_f（層流時λ=64/Re，湍流時λ=0.3164/Re^0.25）。4.（8分）某梯形斷面明渠，底寬b=3m，邊坡系數(shù)m=1（即邊坡1:1），水深h=1.5m，底坡i=0.0004，糙率n=0.025。求明渠均勻流的流量Q（謝才系數(shù)C用曼寧公式計算：C=(1/n)R^(1/6)，其中R為水力半徑）。5.（10分）某均質(zhì)砂土地基中，打一完全井（穿透整個含水層），含水層厚度H=10m，滲透系數(shù)k=0.01cm/s，影響半徑R=200m，井中水深h?=5m。求該井的出水量Q（采用裘布依公式：\(Q=\pik\frac{H^2-h_0^2}{\ln(R/r_0)}\)，其中r?為井的半徑，取r?=0.1m）。四、綜合分析題（10分）某城市給水管網(wǎng)中，需設(shè)計一條輸水管路，將水從水庫輸送至城區(qū)，設(shè)計流量Q=0.5m3/s，管道總長L=2000m，允許的總水頭損失h_w=15m（包括沿程和局部損失，局部損失按沿程損失的10%計算）。試分析：（1）若選用鋼管（糙率n=0.012，當量粗糙度Δ=0.046mm），確定經(jīng)濟管徑d（經(jīng)濟流速取1.5m/s左右）；（2）校核該管徑下的沿程水頭損失是否滿足要求（沿程阻力系數(shù)λ用柯列布魯克公式：\(\frac{1}{\sqrt{\lambda}}=-2\lg\left(\frac{\Delta}{3.7d}+\frac{2.51}{Re\sqrt{\lambda}}\right)\)，水的運動粘度ν=1.007×10??m2/s）。答案一、單項選擇題1.B（液體分子間作用力隨溫度升高減弱，粘性減??；氣體粘性由分子熱運動動量交換主導，溫度升高動量交換加劇，粘性增大）2.A（靜壓強的特性：同一點各方向壓強相等，僅與位置有關(guān)）3.C（等直徑圓管恒定流動，連續(xù)性方程Q=Av，A不變則v不變）4.A（雷諾數(shù)Re=慣性力/粘性力）5.B（層流流速分布為拋物線，中心流速為斷面平均流速的2倍）6.C（明渠均勻流要求流量恒定，否則水深沿程變化）7.C（達西定律適用于雷諾數(shù)Re≤1~10的層流滲流）8.B（小孔口收縮斷面流速v=φ√(2gH)，φ為流速系數(shù)，約0.97）9.B（水躍是急流（Fr>1）過渡到緩流（Fr<1）的局部現(xiàn)象）10.B（虹吸管頂部需形成真空，壓強低于大氣壓才能吸水）二、填空題1.粘性2.\(p=p_0+\rhogh\)；相等（或守恒）3.\(v_1A_1=v_2A_2\)；質(zhì)量4.\(h_f=\lambda\frac{L}z3jilz61osys\frac{v^2}{2g}\)；沿程阻力系數(shù)5.\(v=C\sqrt{Ri}\)；曼寧（或巴甫洛夫斯基）6.\(v=kJ\)；滲透系數(shù)三、計算題1.矩形閘門靜水總壓力及壓力中心（1）靜水總壓力：閘門形心處水深\(h_c=\frac{h}{2}=1m\)（因頂部與水面齊平，形心在高度中點）?？倝毫(F=\rhogh_cA\)，其中\(zhòng)(A=b\timesh=1.5\times2=3m^2\)。代入數(shù)據(jù)：\(F=1000\times9.8\times1\times3=29400N=29.4kN\)。（2）壓力中心位置（相對于水面的深度\(y_D\)）：矩形對其形心軸的慣性矩\(I_c=\frac{bh^3}{12}=\frac{1.5\times2^3}{12}=1m^4\)。壓力中心公式\(y_D=h_c+\frac{I_c}{h_cA}\)，代入得\(y_D=1+\frac{1}{1\times3}\approx1.333m\)（即壓力中心在水面下1.333m處）。2.變直徑圓管流量計算以2-2斷面為基準面，列1-1與2-2斷面的伯努利方程（忽略空氣柱重量，z?=z?+Δz，但題目中水平管，z?=z?，故z?-z?=0）：\(\frac{p_1}{\rhog}+\frac{v_1^2}{2g}=\frac{p_2}{\rhog}+\frac{v_2^2}{2g}+h_w\)。由連續(xù)性方程\(v_1A_1=v_2A_2\)，即\(v_2=v_1\left(\frac{d_1}{d_2}\right)^2=v_1\left(\frac{100}{50}\right)^2=4v_1\)。將\(v_2=4v_1\)代入伯努利方程：\(\frac{60\times10^3}{1000\times9.8}+\frac{v_1^2}{2\times9.8}=\frac{30\times10^3}{1000\times9.8}+\frac{(4v_1)^2}{2\times9.8}+0.5\)?；営嬎悖鹤筮叄篭(6.122+0.051v_1^2\)右邊：\(3.061+0.816v_1^2+0.5=3.561+0.816v_1^2\)移項得：\(6.122-3.561=0.816v_1^2-0.051v_1^2\)即\(2.561=0.765v_1^2\)，解得\(v_1\approx\sqrt{2.561/0.765}\approx1.82m/s\)。流量\(Q=v_1A_1=1.82\times\frac{\pi}{4}\times(0.1)^2\approx0.0143m3/s=14.3L/s\)。3.圓管流態(tài)及沿程水頭損失（1）判斷流態(tài)：流量\(Q=2L/s=0.002m3/s\)，管徑\(d=0.05m\)，斷面平均流速\(v=\frac{4Q}{\pid^2}=\frac{4\times0.002}{\pi\times0.05^2}\approx1.019m/s\)。雷諾數(shù)\(Re=\frac{vd}{\nu}=\frac{1.019\times0.05}{1.007\times10^{-6}}\approx50595\)（Re>2000，為湍流）。（2）計算沿程水頭損失：湍流時，λ=0.3164/Re^0.25=0.3164/(50595)^0.25≈0.3164/(14.96)≈0.0211。沿程水頭損失\(h_f=\lambda\frac{L}z3jilz61osys\frac{v^2}{2g}=0.0211\times\frac{100}{0.05}\times\frac{1.019^2}{2\times9.8}\)計算得：\(0.0211\times2000\times0.053\approx2.24m\)。4.梯形明渠均勻流流量（1）計算過水斷面面積A：梯形斷面面積\(A=(b+mh)h=(3+1\times1.5)\times1.5=4.5\times1.5=6.75m2\)。（2）計算濕周χ：濕周\(\chi=b+2h\sqrt{1+m^2}=3+2\times1.5\times\sqrt{1+1^2}=3+3\times1.414≈7.242m\)。（3）計算水力半徑R：\(R=\frac{A}{\chi}=\frac{6.75}{7.242}≈0.932m\)。（4）計算謝才系數(shù)C：曼寧公式\(C=\frac{1}{n}R^{1/6}=\frac{1}{0.025}\times0.932^{1/6}≈40\times0.987≈39.48m^{1/2}/s\)。（5）流量Q：均勻流流量\(Q=AC\sqrt{Ri}=6.75\times39.48\times\sqrt{0.932\times0.0004}\)計算得：\(6.75\times39.48\times\sqrt{0.000373}≈6.75\times39.48\times0.0193≈5.07m3/s\)。5.完全井出水量計算（1）單位換算：滲透系數(shù)\(k=0.01cm/s=0.0001m/s\)，井半徑\(r_0=0.1m\)。（2）代入裘布依公式：\(Q=\pik\frac{H^2-h_0^2}{\ln(R/r_0)}=\pi\times0.0001\times\frac{10^2-5^2}{\ln(200/0.1)}\)計算分子：\(100-25=75\)，分母：\(\ln(2000)≈7.601\)，則\(Q≈3.1416\times0.0001\times\frac{75}{7.601}≈3.1416\times0.0001\times9.867≈0.0031m3/s=3.1L/s\)。四、綜合分析題（1）確定經(jīng)濟管徑d經(jīng)濟流速v=1.5m/s，流量Q=0.5m3/s，由\(Q=v\times\frac{\pid^2}{4}\)，得\(d=\sqrt{\frac{4Q}{\piv}}=\sqrt{\frac{4\times0.5}{\pi\times1.5}}\approx\sqrt{0.424}≈0.651m\)，取標準管徑d=0.7m（700mm）。（2）校核沿程水頭損失①計算斷面平均流速：\(v=\frac{4Q}{\pid^2}=\frac{4\times0.5}{\pi\times0.7^2}≈\frac{2}{1.539}≈1.299m/s\)。②計算雷諾數(shù)：\(Re=\frac{vd}{\nu}=\frac{1.299\times0.7}{1.007\times10^{-6}}≈9.05\times10^5\)（湍流）。③計算相對粗糙度：\(\Delta/d=0.046mm/700mm=6.57\times10^{-5}\)。④用柯列布魯克公式迭代計算λ：初始假設(shè)λ=0.02（湍流光滑區(qū)近似），代入公式右邊：\(-2\lg\left(\frac{6.57\times10^{-5}}{3.7}+\frac{2.51}{9.05\times10^5\times\sqrt{0.02}}\right)\approx