流體力學(xué)作業(yè)3答案

1、作業(yè)3答案（第5章、第6章）一、選擇題1. 管道中液體的雷諾數(shù)與（ D ）無(wú)關(guān)。A.溫度 B. 管徑 C. 流速 D. 管長(zhǎng)2. 某圓管直徑d=30mm其中液體平均流速為20cm/s。液體粘滯系數(shù)為 0.0114cm3/s ,則此管中液體流態(tài)為（B ）。A.層流 B.層流向紊流過(guò)渡C. 紊流3. 等直徑圓管中紊流的過(guò)流斷面流速分布是（D ）A呈拋物線分布 B. 呈對(duì)數(shù)線分布C.呈橢圓曲線分布D. 呈雙曲線分布4. 等直徑圓管中的層流A 1.0 倍 B.1/3 倍 C. 1/45. 圓管中的層流的沿程損失與管中平均流速的A. 一次方 B. 二次方 C. 三6. 圓管的水力半徑是（A ）A. d/

2、2 B. d/3 C. d/4 D. d/5.7. 謝才公式中謝才系數(shù)的單位是（C ）1A.無(wú)量綱 B.m'2/sC.8. 判斷層流和紊流的臨界雷諾數(shù)是A.上臨界雷諾數(shù)B.C.上下臨界雷諾數(shù)代數(shù)平均D.二、判斷題1. 層流的沿程水頭損失系數(shù)僅與雷諾數(shù)有關(guān)。2. 壁面光滑的管道一定是水力光滑管。3. 在過(guò)流斷面突變處一般發(fā)生局部水頭損失。4. 等直徑圓管中的層流其過(guò)流斷面平均流速是圓管中最大流速的（倍 D. 1/2B次方D.倍）成正比.四次方5. 流體內(nèi)切應(yīng)力方向與流體運(yùn)動(dòng)方向相同。6. 阻力平方區(qū)內(nèi)阻力系數(shù)與雷諾數(shù)無(wú)關(guān)。m2 s D. m2. sC ）下臨界雷諾數(shù)上下臨界雷諾數(shù)幾何平均

3、正確）錯(cuò)誤）正確）1/2倍 （正確 ）（其過(guò)流斷面平均流速是圓管中最大流速的（錯(cuò)誤（ 正確三、簡(jiǎn)答題1. 圓管中層流與紊流，其流速分布有什么不同？答：層流為拋物線分布，紊流為對(duì)數(shù)曲線分布.（也可以畫圖）2. 簡(jiǎn)述尼古拉茲實(shí)驗(yàn)中沿程阻力系數(shù)入的變化規(guī)律。答：尼古拉茲實(shí)驗(yàn)揭示了沿程阻力系數(shù)入的變化規(guī)律，文字表述或數(shù)學(xué)公式表述.K層流：兀=f （Re）;水力光滑區(qū)：九=f （Re）;過(guò)渡粗糙區(qū)：赤=f （Re,K）dK粗糙區(qū)（阻力平方區(qū)）：K= f （K）.d3. 寫出管流和明渠水流雷諾數(shù)的表達(dá)式，并說(shuō)明其層流、紊流的判別標(biāo)準(zhǔn)？vd答:官流：Re = Re <2000（層流）Re a 2000

4、 （紊流）vvR明渠水流：Re= Re <500（層流）Re >500 （紊流） v4. 雷諾數(shù)Re的物理意義？它為什么能用來(lái)判別流態(tài)？答：雷諾數(shù)實(shí)質(zhì)是反映粘性力與慣性力之比。層流時(shí)慣性力不大，而粘性力占主導(dǎo)，受粘性力的約束，流體質(zhì)點(diǎn)做規(guī)則運(yùn)動(dòng)。紊流時(shí)慣性力占主導(dǎo)，受到干擾形成渦體，當(dāng)粘性力約束不了渦體時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)互相摻混，所以用雷諾數(shù)可以來(lái)判別流態(tài)。5. 當(dāng)輸水管直徑一定時(shí)，隨流量增大，雷諾數(shù)是增大還是變?。慨?dāng)輸水管流量一定時(shí)，隨管徑加大，雷諾數(shù)是增大還是變?。看穑寒?dāng)輸水管直徑一定時(shí)，隨流量增大，雷諾數(shù)增大；當(dāng)輸水管流量一定時(shí)，隨管徑加大，雷諾數(shù)變小。6. 兩個(gè)不同管徑的管道，通

5、過(guò)不同粘滯性的液體，它們的臨界雷諾數(shù)是否相同？答:不一定。7. 能量損失有幾種形式？產(chǎn)生能量損失的物理原因是什么？答：有沿程能量損失和局部能量損失兩種。一是因?yàn)榱黧w具有粘滯性，二是因?yàn)楣腆w邊界條件的影響。四、計(jì)算題（解體思路與答案）1.有已輸油管，管長(zhǎng)I = 100m，管徑d =5cm，已知油的密度 P = 930kg/m3 ,動(dòng)力粘滯系數(shù)卜=0.072N Sm2。當(dāng)通過(guò)輸油管的流量 Q=0.005m3/s時(shí)，判斷液流的流態(tài)，計(jì)算輸油管的沿程水頭損失 hf。解：（1）計(jì)算雷諾數(shù)判別流態(tài)。（2）計(jì)算沿程阻力系數(shù)入。（3）計(jì)算沿程水頭損失hf 。答案：層流沿程水頭損失hf =25.74m（油柱）2

6、. 水管直徑d=10mm，管中水流流速v=0.2m/s，水溫T=10°C,（1）試判別其流態(tài)；（2）若流速與水溫不變，管徑改變?yōu)?0mm，管中流態(tài)又如何？ （ 3）若流速與水溫不變，管流由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)，水管直徑為多大？解：（1）查表，求運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)v,計(jì)算雷諾數(shù)判別流態(tài)。答案：層流（2）同上答案：紊流（3）設(shè)雷諾數(shù)等于2000,求管徑。答案：d = 13.06mm3. 有一圓管，在管內(nèi)通過(guò) v =0.013cm2/s的水，測(cè)得通過(guò)的流量為 Q=35cm2/s,在管長(zhǎng)15m的管段上測(cè)得水頭損失為 2cm,試求該圓管內(nèi)徑 d。解：（1）設(shè)管中水流為層流，推導(dǎo)出沿程阻力系數(shù)入表達(dá)式并代

7、入數(shù)據(jù)；l v2_,（2）將上式再代入達(dá)西公式 hf =人并化簡(jiǎn)，代入數(shù)據(jù)求管徑。d 2g答案：d = 14.2mm4. 水管直徑d = 100mm，管中水流流速v = 100cm/s，水溫T =10°C，試判別其流態(tài)。解：答案：紊流5. 凝土明渠中水流為均勻流，水力坡度J =0.0009，明渠底寬為b = 2m，水深h = 1m,粗糙系數(shù)n =0.014，計(jì)算明渠中通過(guò)的流量（分別用曼寧公式和巴氏公式計(jì)算）。解：此渠道為矩形渠道， 計(jì)算出水力要素：面積 A,濕周7 ,水力半徑R, 用曼寧公式和巴氏公式計(jì)算謝齊系數(shù)C, 謝齊公式計(jì)算流速； 計(jì)算量3 .答案：Q=2.7m /s （用丁

8、公式計(jì)算）Q = 3.03m3/s （用巴氏公式計(jì)算）d1= 150mm , d?=75mm,6.水箱側(cè)壁接出一根由兩段不同管徑所組成的管路。已知I =50m，管道的當(dāng)量粗糙度 K = 0.6mm，水溫為20 ：C。若管道的出口流速 v2 = 2m/s , 求(1)水位H； (2)繪出總水頭線和測(cè)壓管水頭線。解：(1)計(jì)算管中的雷諾數(shù)判斷流態(tài).。(第1條管道在水力光滑區(qū)，第2條管道在紊流粗糙區(qū))。(2) 用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算沿程阻力系數(shù)(3) 兩管聯(lián)接處為突然放大的局部阻力系數(shù)，進(jìn)口局部阻力系數(shù), =0.5(4) 沿程阻力系數(shù)選取公式有別，結(jié)果可不同。答案：H = 12.93m7.某一水池，水位恒定

9、，通過(guò)一根管徑d = 100mm、管長(zhǎng)I =800m的管道，已知水池水面和管道出口高差 H =20m，管道上有兩個(gè)彎頭，每個(gè)彎頭的局部阻力系數(shù)匚=0.3 ,管道進(jìn)口是直角進(jìn)口(匚=0.5 )管道全長(zhǎng)的沿程阻力系數(shù)島=0.025，試求通過(guò)管道的流量。 "I解：管道作用水頭等于沿程水頭損失與局部水頭損失之和。沿程阻力系數(shù)、局部阻力系數(shù) 已知，可用公式直接求解。答案：q =10.94I/s第6章一、選擇題1. 虹吸管正常工作，其頂部的真空值一般不大于（ B ）水柱高。A. 6.0m B. 7.5m C. 9m D.10m2. 短管淹沒出流的計(jì)算時(shí)，作用水頭為（ B ）。A.短管出口中心至上

10、游水面高差；B短管出口中心至下游水面高差；C.上下游水面高差3. 外延管嘴正常工作的條件是（D ）A.管長(zhǎng)大于3-4倍的管徑 B.作用水頭小于0.75 H 0C.作用水頭大于0.75 H0 D.管長(zhǎng)l =（3-4）d，作用水頭H <0.75 H。4 .按短管進(jìn)行水力計(jì)算的管路是（C ） （ D ）A.虹吸管 B.環(huán)狀管網(wǎng) C.支狀管網(wǎng) D.倒虹吸管二、判斷題1. 計(jì)算阻力損失時(shí)，短管既要考慮局部阻力損失，也要考慮沿程阻力損失，長(zhǎng)管計(jì)算同樣也要考慮這兩項(xiàng)損失。（錯(cuò)誤 ）2 .長(zhǎng)管是指幾何長(zhǎng)度很長(zhǎng)的管道。（正確 ）3.孔口淹沒出流時(shí)，孔口淹沒越深，其出流的流速和流量就越大。（正確 ）4. 管

11、嘴收縮斷面的真空度與作用水頭成正比，作用水頭越大，收縮斷面的真空度越大，泄流量也越大。（正確）5. 同一短管，在自由出流和淹沒出流條件下，流量計(jì)算公式的形式及流量系數(shù)卜的數(shù)值均相同。（正確 ）6、兩孔口形狀、尺寸完全相同，作用水頭相同，一個(gè)為自由出流，一個(gè)為淹沒出流，二者的流量是相同的。（錯(cuò)誤 ）三、簡(jiǎn)答題1. 為什么管嘴出流時(shí)，阻力增加了，泄流量反而增大？答：因?yàn)樵诠茏爝M(jìn)口收縮斷面處形成了負(fù)壓，相當(dāng)增加了作用水頭，在相同條件下管嘴出 流比孔口出流的流量大。2. 寫出薄壁小孔口出流的收縮系數(shù)流速系數(shù)和流量系數(shù) 卜的表達(dá)式。答:P117 P1183. 外延管嘴的正常工作條件是什么?答：管嘴長(zhǎng)：I

12、 =（34）d，作用水頭：H9.0mH204. 為什么外延管嘴出流比同等條件下孔口出流的流量大?答：（與1重復(fù)）四、計(jì)算題（解體思路與答案）1 .有一虹吸管，作用水頭H1 =1.5m ,H2 =2.0m，管長(zhǎng)I1 =I2 =5.0m,管徑d =d2 =0.1m，沿程損失系數(shù) 舄=0.02，進(jìn)口設(shè)攔污柵，進(jìn)口局部損失系數(shù)& =10.0,彎管局部損失系數(shù)。2 =0.15。求該虹吸管的過(guò)流量、管中最大真空值，并定性繪出其測(cè)壓管水頭線。8解：此題屬短管的水力計(jì)算，可以用能量方程求解，也可直接用公式。要點(diǎn)有局部損失系數(shù)要考慮周全（共 3個(gè)）。 此題，管中最大真空值發(fā)生在最高處。答案：Q= 0.0117m3/s（衛(wèi)）v =3.369mH20 可2. 一水塔供水系統(tǒng)如圖所示，已知管道末端要求的自由水頭HZ=10nx管徑d1=450mmd2=350mm d3=250mm 管長(zhǎng) L1=100m, L2=100m L3=100m q1=0.10 m3 /s , q2=0.08 m3 / s , q3=0.05 m3 / s ,管道的粗糙系數(shù)n=0.02。試確定水塔高度 H。解：此題屬短管的水力計(jì)算，也可直接用公式求解。要點(diǎn)有 3。 長(zhǎng)管公式要記住，應(yīng)注意修正。 管中（節(jié)點(diǎn)）流量要算對(duì)。 題目中給出了管道的粗糙系數(shù)，意指管流在粗糙區(qū)，不必修正，但要記住以下公式,8g2cs