【水力学练习题及参考答案】水力学是流体力学的一个重要分支，研究液体在静止和运动状态下的力学规律。它广泛应用于水利工程、环境工程、机械工程等领域，是许多工科专业的重要基础课程。为了帮助学生更好地掌握水力学的基本概念与计算方法，本文整理了一些典型的练习题，并附上详细的参考答案，供学习和复习使用。
一、选择题
1. 水的密度为1000 kg/m³，重力加速度为9.81 m/s²，则水的重度为（ ）。
A. 9.81 kN/m³
B. 9810 N/m³
C. 9.81 N/m³
D. 1000 N/m³
参考答案：B
2. 在静止液体中，某点的压强与该点的深度成正比，这一关系由以下哪位科学家提出？
A. 阿基米德
B. 帕斯卡
C. 伯努利
D. 欧拉
参考答案：B
3. 流体在管道中流动时，若流速增加，其动压头将如何变化？
A. 增大
B. 减小
C. 不变
D. 无法确定
参考答案：A
二、填空题
1. 当流体在水平管道中稳定流动时，若管道截面积增大，则流速__________，压强__________。
参考答案：减小；增大
2. 伯努利方程适用于__________流动，且不考虑粘性阻力的影响。
参考答案：理想、不可压缩、定常
3. 水头损失通常分为__________损失和__________损失两种类型。
参考答案：沿程；局部
三、简答题
1. 简述连续性方程的基本原理及其物理意义。
参考答案：
连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的具体体现。对于不可压缩流体，其体积流量在任意截面上保持不变，即 A₁v₁ = A₂v₂，其中 A 为截面积，v 为流速。这说明流体在流动过程中，流速与截面积成反比，反映了质量守恒的原理。
2. 什么是雷诺数？它在水力学中有什么作用？
参考答案：
雷诺数（Re）是一个无量纲数，表示惯性力与粘性力的比值，公式为 Re = ρvL/μ，其中 ρ 为密度，v 为流速，L 为特征长度，μ 为动力粘度。雷诺数用于判断流体的流动状态是层流还是湍流，是水力学分析中的重要参数。
四、计算题
1. 一个直径为 0.2m 的圆管内，水流速度为 2m/s，求通过该管道的流量 Q。
参考答案：
Q = A × v = πr² × v = π × (0.1)² × 2 ≈ 0.0628 m³/s
2. 一矩形断面渠道，宽度为 2m，水深为 1.5m，流速为 1.2m/s，求断面平均流速和流量。
参考答案：
断面面积 A = 2 × 1.5 = 3 m²
流量 Q = A × v = 3 × 1.2 = 3.6 m³/s
断面平均流速即为 1.2 m/s
五、综合题
1. 某水闸下游设有一段明渠，已知渠道底坡 i = 0.001，粗糙系数 n = 0.015，断面形状为梯形，底宽 b = 4m，边坡系数 m = 1.5，水深 h = 2m。试用谢才公式计算该断面的流速 v 和流量 Q。
参考答案：
首先计算过水断面面积 A = b × h + m × h² = 4×2 + 1.5×2² = 8 + 6 = 14 m²
湿周 X = b + 2h√(1 + m²) = 4 + 2×2×√(1 + 2.25) = 4 + 4×1.803 ≈ 11.21 m
水力半径 R = A / X ≈ 14 / 11.21 ≈ 1.25 m
谢才系数 C = R^(1/6) / n = (1.25)^(1/6) / 0.015 ≈ 1.04 / 0.015 ≈ 69.33
流速 v = C√(Ri) = 69.33 × √(1.25 × 0.001) ≈ 69.33 × 0.0354 ≈ 2.45 m/s
流量 Q = A × v = 14 × 2.45 ≈ 34.3 m³/s
以上练习题涵盖了水力学的基础知识、基本公式及实际应用，有助于巩固理论知识并提升解题能力。建议在做题过程中注重理解公式的物理意义，结合实际案例进行思考，以达到更好的学习效果。
