水力学期末试卷及答案

水力学期末试卷及答案考试时间：120分钟满分：100分一、单项选择题（每题3分，共30分）水的粘滞性随温度的升高而（）

A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小

下列物理量中，属于无量纲数的是（）

A.流量QB.雷诺数ReC.压强pD.粘滞系数μ

均匀流的特点是（）

A.流线平行且过流断面面积不变B.流线弯曲且过流断面面积变化

C.流速大小不变但方向变化D.过流断面压强均匀分布

在管流中，当雷诺数Re＜2000时，流体的流动状态为（）

A.紊流B.层流C.过渡流D.无法判断

沿程水头损失产生的原因是（）

A.流体的粘滞性B.局部障碍物的扰动C.流速突变D.压强差

离心泵的扬程是指（）

A.泵出口的压强B.泵进出口的压强差C.单位重量流体获得的能量D.泵的吸水高度

宽顶堰的淹没系数σ与淹没程度的关系是（）

A.淹没程度越大，σ越大B.淹没程度越大，σ越小

C.淹没程度与σ无关D.不确定

流体静压强的方向总是（）

A.垂直于受压面指向流体内部B.垂直于受压面指向流体外部

C.平行于受压面D.任意方向

对于长管水力计算，其特点是（）

A.沿程水头损失远大于局部水头损失，局部水头损失可忽略

B.局部水头损失远大于沿程水头损失，沿程水头损失可忽略

C.沿程水头损失与局部水头损失均需考虑

D.仅考虑速度水头

明渠均匀流的发生条件是（）

A.渠道底坡为正，断面形状、尺寸不变，流量恒定

B.渠道底坡为负，断面形状、尺寸不变，流量恒定

C.渠道底坡为零，断面形状、尺寸不变，流量恒定

D.任意底坡均可发生

二、填空题（每空2分，共20分）流体的基本物理性质主要包括密度、粘滞性、__________和压缩性。流线是指某一瞬时，流体中各质点的运动轨迹的切线方向与该质点的__________方向一致的曲线。根据流动要素是否随时间变化，流体流动可分为__________和非恒定流。局部水头损失的计算公式为h=__________，其中ζ为局部阻力系数，v为断面平均流速。流体静力学基本方程为z+p/γ=C，其中z表示__________，p/γ表示测压管高度。雷诺数Re的计算公式为Re=__________，其中v为流速，d为特征长度，ν为运动粘滞系数。明渠流的断面形式中，最常用的是__________，其水力半径R与水深h的关系为R=h/2。离心泵的工作点是__________曲线与管路特性曲线的交点。沿程水头损失的计算公式为h=__________，其中λ为沿程阻力系数，l为管长，d为管径，v为断面平均流速。当明渠水流的实际水深h大于临界水深h时，水流为__________流。三、判断题（每题1分，共10分，对的打“√”，错的打“×”）理想流体是指没有粘滞性的流体，实际工程中不存在理想流体。（）流体静压强的大小与受压面的方向无关，只与该点的位置有关。（）紊流流动中，流体质点的运动轨迹是规则的直线。（）长管与短管的划分依据是管长的长短。（）明渠均匀流的流速沿断面分布是均匀的。（）局部水头损失只发生在管路的转弯、阀门等局部部位。（）雷诺数越大，流体的粘性影响越大，流动越容易发生层流。（）离心泵启动前，必须向泵壳内注满水，否则会发生气蚀现象。（）临界水深是明渠流中判别层流与紊流的重要参数。（）流体的压缩性很小，在水利工程中，除了高压水流外，通常可将流体视为不可压缩流体。（）四、简答题（每题5分，共20分）简述流体粘滞性的定义及物理意义。什么是水头损失？水头损失分为哪两类？各自的产生原因是什么？简述明渠均匀流的形成条件及特点。简述离心泵气蚀现象的定义、危害及防止措施。五、计算题（每题10分，共20分）有一条圆形钢管，管径d=100mm，管长l=200m，管内水流速度v=1.5m/s，已知水的运动粘滞系数ν=1.0×10m²/s，沿程阻力系数λ=0.025，局部阻力系数总和ζ=1.5，试计算该管路的总水头损失h。某矩形明渠，断面宽度b=2m，水深h=1m，渠道底坡i=0.001，粗糙系数n=0.014，试判断该明渠水流是否为均匀流，若为均匀流，计算其流量Q（提示：曼宁公式Q=A·C·√(R·i)，其中C=R/n，A为过流断面面积，R为水力半径）。参考答案一、单项选择题（每题3分，共30分）B解析：水的粘滞性随温度升高而减小，随温度降低而增大，这是水与大多数液体的共性。B解析：雷诺数Re是无量纲数，用于判别流体流动状态；其余选项均为有量纲物理量。A解析：均匀流的核心特点是流线平行且过流断面面积、流速大小和方向均不变。B解析：管流中，Re＜2000为层流，2000＜Re＜4000为过渡流，Re＞4000为紊流。A解析：沿程水头损失是由于流体粘滞性，在流动过程中质点间的内摩擦力做功产生的；局部水头损失由局部障碍物扰动产生。C解析：扬程是指单位重量流体通过水泵获得的能量，单位为m（水柱）。B解析：宽顶堰的淹没系数σ＜1，淹没程度越大（淹没水深越大），σ越小，过堰流量越小。A解析：流体静压强的方向始终垂直于受压面，并指向流体内部。A解析：长管水力计算的核心是沿程水头损失远大于局部水头损失，局部水头损失可忽略不计；短管需同时考虑两者。A解析：明渠均匀流的发生条件：渠道底坡为正（顺坡）、断面形状和尺寸不变、流量恒定、渠道粗糙系数均匀。二、填空题（每空2分，共20分）惯性流速恒定流ζv²/(2g)位置高度（或位置水头）vd/ν矩形断面泵的性能λlv²/(2gd)缓三、判断题（每题1分，共10分）√解析：理想流体是理想化模型，实际流体均有粘滞性。√解析：流体静压强的大小仅与该点在流体中的位置有关，与受压面方向无关（各向同性）。×解析：紊流中流体质点运动轨迹杂乱无章，层流中质点运动轨迹规则。×解析：长管与短管的划分依据是局部水头损失与沿程水头损失的比值，而非管长。×解析：明渠均匀流的流速沿断面分布不均匀，最大流速出现在水面附近。√解析：局部水头损失仅发生在管路局部突变部位（如转弯、阀门、变径等）。×解析：雷诺数越大，流体惯性作用越强，粘性影响相对越小，流动越容易发生紊流。√解析：离心泵启动前注满水是为了排出泵壳内的空气，防止气蚀和空转损坏泵体。×解析：临界水深是判别明渠流缓流、急流、临界流的重要参数，层流与紊流由雷诺数判别。√解析：水利工程中，除高压、高速水流外，通常将水视为不可压缩流体，密度视为常数。四、简答题（每题5分，共20分）定义：流体在运动时，由于质点间的内摩擦力作用，产生抵抗流体相对运动的性质，称为粘滞性。（2分）

物理意义：粘滞性是流体的固有属性，是产生水头损失的根本原因；（2分）

它使流体的运动能量逐渐损耗，同时也使流体运动状态发生变化（如层流变为紊流）。（1分）

水头损失：单位重量流体在流动过程中因克服阻力而损耗的能量，称为水头损失。（1分）

分类：沿程水头损失和局部水头损失。（1分）

沿程水头损失产生原因：流体粘滞性，质点间内摩擦力做功损耗能量，发生在整个流动过程中。（1.5分）

局部水头损失产生原因：局部障碍物（如转弯、阀门）扰动流体，使流速大小、方向突变，产生涡流损耗能量，仅发生在局部部位。（1.5分）

形成条件：①渠道底坡为正（顺坡）；②断面形状、尺寸沿程不变；③流量恒定；④渠道粗糙系数均匀。（3分）

特点：①流线平行且为直线；②过流断面面积、流速大小和方向沿程不变；③沿程水头损失与流程长度成正比；④测压管水头线、总水头线与渠道底坡平行。（2分）

定义：离心泵运行时，泵内局部压强过低，导致液体汽化产生气泡，气泡随水流运动至高压区破裂，对泵体产生冲击和腐蚀的现象，称为气蚀。（2分）

危害：损坏泵的叶轮、泵壳，降低泵的效率和扬程，产生噪音和振动，严重时导致泵无法正常工作。（1.5分）

防止措施：①降低泵的安装高度，减小吸入管路阻力；②增大吸入管路直径，缩短吸入管路长度；③避免泵在低流量工况下运行；④定期清理吸入管路和滤网，防止堵塞。（1.5分）

五、计算题（每题10分，共20分）解：已知d=100mm=0.1m，l=200m，v=1.5m/s，λ=0.025，ζ=1.5，g=9.8m/s²

（1）计算沿程水头损失h（4分）

由公式h=λlv²/(2gd)

代入数据：h=0.025×200×(1.5)²/(2×9.8×0.1)=(0.025×200×2.25)/(1.96)≈5.74m

（2）计算局部水头损失h（4分）

由公式h=ζv²/(2g)

代入数据：h=1.5×(1.5)²/(2×9.8)=(1.5×2.25)/19.6≈0.17m

（3）计算总水头损失h（2分）

h=h+h=5.74+0.17=5.91m

答：该管路的总水头损失为5.91m。

解：已知b=2m，h=1m，i=0.001，n=0.014

（1）判断是否为均匀流（3分）

题目中未说明断面形状、尺寸及粗糙系数沿程变化，默认满足明渠均匀流形成条件（顺坡、断面不变、流量恒定、粗糙系数均匀），因此该水流为均匀流。

（2）计算过流断面面积A（2分）

矩形断面A=bh=2×1=2m²

（3）计算水力半径R（2分）

湿周χ=b+2h=2+2×1=4m