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水力学练习题及答案

选择题

1.理想液体是（）。

A.可压缩的，没有黏滞性

B.不可压缩的，没有黏滞性

C.可压缩的，有黏滞性

D.不可压缩的，有黏滞性

答案：B。理想液体是一种理想化的模型，假设液体不可压缩且没有黏滞性，这样便于对一些水力学问题进行理论分析。

2.水流在明渠中的流态为缓流时，其水深h（）临界水深hk。

A.大于

B.小于

C.等于

D.无法确定

答案：A。根据缓流的定义，当水流在明渠中的流态为缓流时，水深h大于临界水深hk；当h小于hk时为急流；当h等于hk时为临界流。

3.圆管层流运动中，沿程水头损失与流速的（）成正比。

A.一次方

B.二次方

C.1.75～2次方

D.三次方

答案：A。圆管层流运动中，沿程水头损失的计算公式为$h_f=\frac{32\mulv}{\gammad^2}$，其中$v$是流速，可见沿程水头损失与流速的一次方成正比。

填空题

1.水力学中，根据液体质点的运动要素是否随时间变化，将水流分为______和______。

答案：恒定流；非恒定流。若液体质点的运动要素（如流速、压强等）不随时间变化，则为恒定流；若随时间变化，则为非恒定流。

2.雷诺数Re是反映______与______相对大小的一个无量纲数。

答案：惯性力；黏滞力。雷诺数$Re=\frac{vd}{\nu}$，它综合反映了惯性力和黏滞力的相对大小，可用于判别流态。

3.明渠均匀流的水力特征是：过水断面的形状、尺寸及水深沿程______，各过水断面上的流速分布______。

答案：不变；相同。明渠均匀流是一种等深、等速的流动，其过水断面的形状、尺寸及水深沿程不变，各过水断面上的流速分布也相同。

判断题

1.静水压强的方向总是垂直指向受压面。（）

答案：正确。静水压强的特性之一就是其方向总是垂直指向受压面，这是由液体的流动性和静止状态所决定的。

2.水流总是从压强大的地方流向压强小的地方。（）

答案：错误。水流是从总机械能大的地方流向总机械能小的地方，而不是单纯从压强大的地方流向压强小的地方。例如，在有位能差和流速差的情况下，即使压强小的地方，水流也可能会流向那里。

3.水力半径R等于过水断面面积A与湿周χ之比。（）

答案：正确。水力半径的定义就是$R=\frac{A}{\chi}$，它是反映过水断面水力特性的一个重要参数。

解答题

1.有一圆形管道，直径d=200mm，管中水流的平均流速v=1.5m/s，水温t=20℃（此时水的运动黏滞系数$\nu=1.007\times10^{6}m^2/s$），试判断管中水流的流态。

解：首先计算雷诺数$Re$，根据公式$Re=\frac{vd}{\nu}$。

已知$v=1.5m/s$，$d=200mm=0.2m$，$\nu=1.007\times10^{6}m^2/s$。

则$Re=\frac{1.5\times0.2}{1.007\times10^{6}}\approx2.98\times10^5$。

一般情况下，当$Re2000$时，水流为层流；当$Re4000$时，水流为紊流。

因为$2.98\times10^54000$，所以管中水流的流态为紊流。

2.某矩形断面渠道，底宽b=5m，水深h=2m，通过的流量Q=20m3/s，试求该渠道的过水断面面积A、湿周χ和水力半径R。

解：

（1）过水断面面积$A=b\timesh$，已知$b=5m$，$h=2m$，则$A=5\times2=10m^2$。

（2）湿周$\chi=b+2h$，将$b=5m$，$h=2m$代入可得$\chi=5+2\times2=9m$。

（3）水力半径$R=\frac{A}{\chi}$，把$A=10m^2$，$\chi=9m$代入得$R=\frac{10}{9}\approx1.11m$。

3.一水平放置的等直径圆管，管中水流为恒定流，已知断面11处的压强$p_1=100kPa$，断面22处的压强$p_2=80kPa$，两断面间的距离l=10m，试求该管段的沿程水头损失$h_f$。

解：根据伯努利方程（对于水平等直径圆管，流速水头相等，$z_1=z_2$，$v_1=v_2$），$z_1+\frac{p_1}{\gamma}+\frac{v_1^2}{2g}=z_2+\frac{p_2}{\gamma}+\frac{v_2^2}{2g}+h_f$。

因为$z_1=z_2$，$v_1=v_2$，所以$h_f=\frac{p_1p_2}{\gamma}$。

水的重度$\gamma=9.8k