水力學(xué)考試試題附答案一、單項選擇題（每題2分，共30分）1.連續(xù)介質(zhì)模型意味著（）A.流體分子間沒有間隙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)模型把流體視為由無數(shù)連續(xù)分布的流體質(zhì)點所組成的連續(xù)介質(zhì)，流體中的物理參數(shù)可表示為空間和時間的連續(xù)函數(shù)。2.牛頓內(nèi)摩擦定律適用的條件是（）A.層流運動B.紊流運動C.牛頓流體做層流運動D.牛頓流體做紊流運動答案：C。牛頓內(nèi)摩擦定律適用于牛頓流體做層流運動的情況。3.靜止流體中同一點各方向的壓強（）A.數(shù)值相等B.數(shù)值不等C.僅水平方向數(shù)值相等D.鉛直方向數(shù)值最大答案：A。靜止流體中同一點各方向的壓強數(shù)值相等，這是流體靜壓強的特性之一。4.液體中某點的絕對壓強為100kN/m2，則該點的相對壓強為（）（設(shè)當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?8kN/m2）A.100kN/m2B.2kN/m2C.2kN/m2D.98kN/m2答案：B。相對壓強等于絕對壓強減去當(dāng)?shù)卮髿鈮?，?0098=2kN/m2。5.水流在等直徑管中作恒定流動時，其測壓管水頭線沿程（）A.可能上升也可能下降B.總是與總水頭線平行C.總是下降D.總是上升答案：C。等直徑管中作恒定流動，因沿程有能量損失，總水頭線沿程下降，而流速不變，動壓頭不變，所以測壓管水頭線總是下降。6.圓管層流運動中，過流斷面上的平均流速為最大流速的（）A.1/2B.1/3C.2/3D.3/4答案：A。圓管層流中，平均流速是最大流速的1/2。7.雷諾數(shù)Re反映了（）的對比關(guān)系。A.粘滯力與重力B.重力與慣性力C.慣性力與粘滯力D.粘滯力與動水壓力答案：C。雷諾數(shù)是慣性力與粘滯力的比值，用于判別流態(tài)。8.謝才公式適用于（）A.層流B.紊流C.層流和紊流D.阻力平方區(qū)答案：D。謝才公式適用于阻力平方區(qū)的紊流。9.并聯(lián)管道中各支管的（）相等。A.流量B.切應(yīng)力C.能量損失D.流速答案：C。并聯(lián)管道各支管的能量損失相等。10.水躍是（）A.急流過渡到緩流B.緩流過渡到急流C.層流過渡到紊流D.紊流過渡到層流答案：A。水躍是急流過渡到緩流時發(fā)生的一種局部水力現(xiàn)象。11.寬頂堰的淹沒條件是（）A.h?>0B.h?≤0C.h?>δ?D.h?≤δ?答案：C。寬頂堰的淹沒條件是下游水位超過堰頂?shù)母叨萮?大于淹沒系數(shù)δ?對應(yīng)的高度。12.滲流達西定律適用于（）A.所有滲流B.層流滲流C.紊流滲流D.過渡流滲流答案：B。達西定律適用于層流滲流。13.有壓管道的管徑d與管流水力半徑R的比值d/R=（）A.8B.4C.2D.1答案：B。對于有壓圓管，水力半徑R=d/4，所以d/R=4。14.水擊現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是（）A.流速的突然變化B.壓力的突然變化C.流量的突然變化D.管道的彈性變形答案：A。水擊現(xiàn)象是由于流速的突然變化引起的。15.恒定流是指（）A.各斷面流速分布相同的流動B.流動隨時間按一定規(guī)律變化C.流場中任意空間點上的運動要素不隨時間變化的流動D.流線為平行直線的流動答案：C。恒定流的定義是流場中任意空間點上的運動要素不隨時間變化的流動。二、多項選擇題（每題3分，共15分）1.下列屬于流體力學(xué)基本假設(shè)的有（）A.連續(xù)介質(zhì)假設(shè)B.不可壓縮假設(shè)C.理想流體假設(shè)D.牛頓流體假設(shè)答案：ABCD。連續(xù)介質(zhì)假設(shè)是基礎(chǔ)假設(shè)，不可壓縮假設(shè)、理想流體假設(shè)、牛頓流體假設(shè)在不同的研究中常被采用。2.關(guān)于流體靜壓強的特性，下列說法正確的有（）A.流體靜壓強的方向垂直指向作用面B.靜止流體中同一點各方向的壓強相等C.流體靜壓強與作用面的方位有關(guān)D.流體靜壓強與作用面的大小有關(guān)答案：AB。流體靜壓強的方向垂直指向作用面，且同一點各方向壓強相等，與作用面的方位和大小無關(guān)。3.以下關(guān)于水流運動的分類，正確的有（）A.按水流運動要素是否隨時間變化，可分為恒定流和非恒定流B.按水流運動要素是否隨空間位置變化，可分為均勻流和非均勻流C.按流線是否為平行直線，可分為層流和紊流D.按水流的流動方向，可分為有壓流和無壓流答案：AB。按流線是否為平行直線可分為均勻流和非均勻流；按流體質(zhì)點的運動狀態(tài)可分為層流和紊流；按水流是否充滿整個過流斷面可分為有壓流和無壓流。4.影響圓管層流沿程水頭損失的因素有（）A.管徑B.管長C.流速D.流體的粘性答案：ABCD。圓管層流沿程水頭損失與管徑、管長、流速和流體粘性都有關(guān)系，可由達西魏斯巴赫公式看出。5.關(guān)于堰流的分類，下列說法正確的有（）A.按堰頂厚度與堰上水頭的比值，可分為薄壁堰、實用堰和寬頂堰B.按下游水位對堰流的影響，可分為自由堰流和淹沒堰流C.按堰的進口形式，可分為直角進口堰和圓角進口堰D.按堰的形狀，可分為矩形堰、梯形堰和三角形堰答案：ABCD。這些都是堰流常見的分類方式。三、判斷題（每題1分，共10分）1.流體的粘性是流體抵抗剪切變形的能力，粘性越大，流體越容易流動。（）答案：錯誤。粘性越大，流體抵抗剪切變形的能力越強，越不容易流動。2.靜止流體中不存在切應(yīng)力。（）答案：正確。靜止流體中，流體質(zhì)點間沒有相對運動，不存在切應(yīng)力。3.總水頭線總是沿程下降的。（）答案：正確。由于實際流體存在能量損失，總水頭線總是沿程下降。4.圓管紊流的流速分布比層流更均勻。（）答案：正確。紊流時流體質(zhì)點的摻混作用使得流速分布比層流更均勻。5.尼古拉茲實驗表明，沿程阻力系數(shù)只與雷諾數(shù)有關(guān)。（）答案：錯誤。尼古拉茲實驗表明，沿程阻力系數(shù)與雷諾數(shù)和相對粗糙度有關(guān)。6.串聯(lián)管道的總水頭損失等于各支管水頭損失之和。（）答案：正確。串聯(lián)管道的總水頭損失等于各段管道水頭損失之和。7.水躍的躍前水深越小，躍后水深越大。（）答案：正確。根據(jù)水躍方程，躍前水深越小，躍后水深越大。8.寬頂堰的流量系數(shù)只與堰頂進口形式有關(guān)。（）答案：錯誤。寬頂堰的流量系數(shù)與堰頂進口形式、堰頂水頭和堰高比等因素有關(guān)。9.滲流的達西定律只適用于砂土。（）答案：錯誤。達西定律適用于層流滲流，不僅僅適用于砂土。10.水擊波的傳播速度與管道材料和流體性質(zhì)有關(guān)。（）答案：正確。水擊波的傳播速度與管道的彈性模量、流體的彈性模量等有關(guān)，即與管道材料和流體性質(zhì)有關(guān)。四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述連續(xù)介質(zhì)模型的概念及其意義。答：連續(xù)介質(zhì)模型是把流體視為由無數(shù)連續(xù)分布的流體質(zhì)點所組成的連續(xù)介質(zhì)。流體質(zhì)點是具有一定質(zhì)量和體積，宏觀上足夠小，微觀上足夠大的流體微團。意義在于：（1）可以擺脫研究流體分子運動的復(fù)雜性，運用數(shù)學(xué)分析中的連續(xù)函數(shù)工具來研究流體的宏觀運動；（2）使我們能夠用連續(xù)的物理量（如密度、速度、壓強等）來描述流體的運動狀態(tài)和物理性質(zhì)。2.說明流線和跡線的區(qū)別。答：流線是某一瞬時在流場中畫出的一條空間曲線，在該時刻，曲線上所有質(zhì)點的流速矢量都與該曲線相切。跡線是流體質(zhì)點在一段時間內(nèi)的運動軌跡。區(qū)別如下：（1）流線是同一時刻不同質(zhì)點的速度方向線，跡線是同一質(zhì)點在不同時刻的運動軌跡；（2）流線不能相交（除駐點外），而跡線可以相交；（3）流線是瞬時概念，跡線是時間積累概念。3.簡述雷諾數(shù)的物理意義及其在判別流態(tài)中的作用。答：雷諾數(shù)Re是慣性力與粘滯力的比值，物理意義是反映流體流動中慣性力和粘滯力的相對大小。當(dāng)雷諾數(shù)較小時，粘滯力起主導(dǎo)作用，流體作層流運動；當(dāng)雷諾數(shù)較大時，慣性力起主導(dǎo)作用，流體作紊流運動。對于圓管流動，當(dāng)Re<2000時為層流，Re>4000時為紊流，2000<Re<4000為過渡區(qū)。4.說明水躍的發(fā)生條件和水躍的基本方程。答：水躍的發(fā)生條件是水流從急流狀態(tài)（弗勞德數(shù)Fr>1）過渡到緩流狀態(tài)（弗勞德數(shù)Fr<1）。水躍的基本方程是根據(jù)動量定理推導(dǎo)得出的，對于平底矩形斷面渠道，水躍基本方程為：$\frac{q^{2}}{gh_{1}}+h_{1}^{2}=\frac{q^{2}}{gh_{2}}+h_{2}^{2}$，其中$q$為單寬流量，$h_{1}$為躍前水深，$h_{2}$為躍后水深。五、計算題（每題12.5分，共25分）1.如圖所示，有一矩形閘門AB，寬度b=2m，左側(cè)水深h?=3m，右側(cè)水深h?=1m。求作用在閘門上的靜水總壓力及其作用點位置。解：（1）先計算左側(cè)水對閘門的靜水總壓力$P_{1}$根據(jù)靜水總壓力公式$P=\gammah_{c}A$，左側(cè)水的形心深度$h_{c1}=\frac{h_{1}}{2}=\frac{3}{2}=1.5m$，受壓面積$A_{1}=h_{1}b=3×2=6m^{2}$則$P_{1}=\gammah_{c1}A_{1}=9.8×1.5×6=88.2kN$作用點位置$y_{D1}=\frac{I_{c}}{y_{c}A}+y_{c}$，對于矩形，$I_{c}=\frac{bh_{1}^{3}}{12}=\frac{2×3^{3}}{12}=4.5m^{4}$，$y_{c}=h_{c1}=1.5m$，$A=A_{1}=6m^{2}$$y_{D1}=\frac{4.5}{1.5×6}+1.5=2m$（2）再計算右側(cè)水對閘門的靜水總壓力$P_{2}$右側(cè)水的形心深度$h_{c2}=\frac{h_{2}}{2}=\frac{1}{2}=0.5m$，受壓面積$A_{2}=h_{2}b=1×2=2m^{2}$則$P_{2}=\gammah_{c2}A_{2}=9.8×0.5×2=9.8kN$作用點位置$y_{D2}=\frac{I_{c}}{y_{c}A}+y_{c}$，$I_{c}=\frac{bh_{2}^{3}}{12}=\frac{2×1^{3}}{12}=\frac{1}{6}m^{4}$，$y_{c}=h_{c2}=0.5m$，$A=A_{2}=2m^{2}$$y_{D2}=\frac{\frac{1}{6}}{0.5×2}+0.5=\frac{1}{6}+0.5=\frac{2}{3}m$（3）計算合力$P$$P=P_{1}P_{2}=88.29.8=78.4kN$（4）設(shè)合力作用點距渠底距離為$y$根據(jù)合力矩定理$P×y=P_{1}×(h_{1}y_{D1})P_{2}×(h_{2}y_{D2})$$78.4×y=88.2×(32)9.8×(1\frac{2}{3})$$78.4y=88.2\frac{9.8}{3}$$78.4y=\frac{264.69.8}{3}=\frac{254.8}{3}$$y=\frac{254.8}{3×78.4}\approx1.08m$2.有一圓管，管徑d=100mm，管長L=100m，管內(nèi)水流流速v=1m/s，水溫為20℃（此時水的運動粘度$\nu=1.007×10^{6}m^{2}/s$），試判斷水流流態(tài)，并計算沿程水頭損失。解：（1）判斷水流流態(tài)先計算雷諾數(shù)$Re=\frac{vd}{\nu}$已知$v=1m/s$，$d=0.1m$，$\nu=1.007×10^{6}m^{2}/s$$Re=\frac{1×0.1}{1.007×10^{6}}\approx99305>4000$所以水流為紊流。（2）計算沿程水頭損失由于是紊流，先假設(shè)處于阻力平方區(qū)，采用謝才公式的變形達西魏斯巴赫公式$h_{f}=\lambda\frac{L}z3jilz61osys\frac{v^{2}}{2g}$對于阻力平方區(qū)，若采用莫迪圖或經(jīng)驗公式，這里采用尼古拉茲粗糙管公式（假設(shè)管道為粗糙管），對于完全紊流粗糙區(qū)，$\lambda=\frac{1}{(2\lg\fracz3jilz61osys{\Delta}+1.74)^{2}}$，假設(shè)管道的絕對粗糙度$\Delta=0.2mm$$\fracz3jilz61osys{\Delta}=\frac{100}{0.2}=500$$\lambda=\frac{1}{(2\lg500+1.74)^{2}}=\frac{1}{(2×2.699+1.74)^