流体力学作业3 答案

作业3 答案 (第5章、第6章)

第5章 一、选择题

1. 管道中液体的雷诺数与（ D ）无关。 A. 温度 B. 管径 C. 流速 D. 管长

2. 某圆管直径d=30mm，其中液体平均流速为20cm/s。液体粘滞系数为0.0114cm/s，则此管3

中液体流态为（ B ）。

A. 层流 B. 层流向紊流过渡 C.紊流 3.等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是 （ D ）

A呈抛物线分布 B. 呈对数线分布 C.呈椭圆曲线分布 D. 呈双曲线分布

4.等直径圆管中的层流，其过流断面平均流速是圆管中最大流速的（ C ）A 1.0倍 B.1/3倍 C. 1/4倍 D. 1/2倍 5.圆管中的层流的沿程损失与管中平均流速的（ B ）成正比.

A. 一次方 B. 二次方 C. 三次方 D. 四次方 6.圆管的水力半径是 ( A )

A. d/2 B. d/3 C. d/4 D. d/5. 7、 谢才公式中谢才系数的单位是（ C ）

3A. 无量纲 B.m12s C. m2s D. m2s

8. 判断层流和紊流的临界雷诺数是 （ C ）

A.上临界雷诺数 B.下临界雷诺数

C.上下临界雷诺数代数平均 D.上下临界雷诺数几何平均 二、判断题

1. 层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。 ( 正确 ) 2. 壁面光滑的管道一定是水力光滑管。 ( 错误 ) 3. 在过流断面突变处一般发生局部水头损失。 ( 正确 )

4. 等直径圆管中的层流,其过流断面平均流速是圆管中最大流速的1/2倍5．流体内切应力方向与流体运动方向相同。 （ 错误 ） 6．阻力平方区内阻力系数与雷诺数无关。 （ 正确 ）

1

正确 ）

（三、简答题

1. 圆管中层流与紊流，其流速分布有什么不同？

答: 层流为抛物线分布,紊流为对数曲线分布.(也可以画图) 2. 简述尼古拉兹实验中沿程阻力系数λ的变化规律。

答: 尼古拉兹实验揭示了沿程阻力系数λ的变化规律,文字表述或数学公式表述. 层流:??f(Re);水力光滑区: ??f(Re);过渡粗糙区: ??f(Re,粗糙区(阻力平方区) : ??f(K) dK) . d3.写出管流和明渠水流雷诺数的表达式，并说明其层流、紊流的判别标准？

答: 管流:Re?vd? Re?2000(层流) Re?2000 (紊流)

明渠水流: Re?vR? Re?500(层流) Re?500 (紊流)

4.雷诺数Re的物理意义？它为什么能用来判别流态？

答: 雷诺数实质是反映粘性力与惯性力之比。层流时惯性力不大,而粘性力占主导,受粘性力的约束，流体质点做规则运动。紊流时惯性力占主导，受到干扰形成涡体，当粘性力约束不了涡体时，流体质点互相掺混，所以用雷诺数可以来判别流态。

5.当输水管直径一定时，随流量增大，雷诺数是增大还是变小？当输水管流量一定时，随管径加大，雷诺数是增大还是变小？

答: 当输水管直径一定时，随流量增大，雷诺数增大； 当输水管流量一定时，随管径加大，雷诺数变小。

6.两个不同管径的管道，通过不同粘滞性的液体，它们的临界雷诺数是否相同？ 答:不一定。

7.能量损失有几种形式？产生能量损失的物理原因是什么？

答: 有沿程能量损失和局部能量损失两种。一是因为流体具有粘滞性，二是因为固体边界条件的影响。

四、计算题 （解体思路与答案）

31. 有已输油管，管长l?100m,管径d?5cm，已知油的密度??930kgm，动力粘滞系

数??0.072N?sm。当通过输油管的流量Q?0.005ms时，判断液流的流态，计算输油管的沿程水头损失hf。 解：(1) 计算雷诺数判别流态。

2

23(2) 计算沿程阻力系数λ。 (3) 计算沿程水头损失hf。

答案：层流 沿程水头损失hf=25.74m(油柱)

02.水管直径d?10mm，管中水流流速v?0.2m/s，水温T?10C，（1）试判别其流态；（2）

若流速与水温不变，管径改变为30mm，管中流态又如何？（3）若流速与水温不变，管流由层流转变为紊流时，水管直径为多大？

解： (1) 查表, 求运动粘滞系数?, 计算雷诺数判别流态。 答案：层流

（2）同上 答案：紊流

（3）设雷诺数等于2000，求管径。 答案：d?13.06mm

cm/s的水，测得通过的流量为Q?35cm2/s，在管长3.有一圆管，在管内通过??0.01315m的管段上测得水头损失为2cm，试求该圆管内径d。

解：（1）设管中水流为层流，推导出沿程阻力系数λ表达式并代入数据；

2lv2（2）将上式再代入达西公式hf??并化简，代入数据求管径。

d2g答案：d?14.2mm

04.水管直径d?100mm，管中水流流速v?100cm/s，水温T?10C，试判别其流态。

解：答案：紊流

5．凝土明渠中水流为均匀流，水力坡度J?0.0009，明渠底宽为b?2m，水深h?1m，粗糙系数n?0.014，计算明渠中通过的流量（分别用曼宁公式和巴氏公式计算）。 解：此渠道为矩形渠道，

① 计算出水力要素：面积A，湿周?，水力半径R， ② 用曼宁公式和巴氏公式计算谢齐系数C， ③ 谢齐公式计算流速； ④ 计算量

答案：Q?2.7m/s（用曼宁公式计算） Q?3.03m/s （用巴氏公式计算）

3

336.水箱侧壁接出一根由两段不同管径所组成的管路。已知d1?150mm，d2?75mm，

l?50m，管道的当量粗糙度K?0.6mm，水温为20?C。若管道的出口流速v2?2m/s，

求（1）水位H；（2）绘出总水头线和测压管水头线。

解：(1)计算管中的雷诺数判断流态.。（第1条管道在水力光滑区，第2条管道在紊流

粗糙区）。

（2）用经验公式计算沿程阻力系数?

（3）两管联接处为突然放大的局部阻力系数，进口局部阻力系数??0.5 （4）沿程阻力系数?选取公式有别，结果可不同。 答案：H?12.93m

7.某一水池，水位恒定，通过一根管径d?100mm、管长l?800m的管道，已知水池水面和管道出口高差H?20m，管道上有两个弯头，每个弯头的局部阻力系数??0.3，管道进口是直角进口（??0.5）管道全长的沿程阻力系数??0.025，试求通过管道的流量。

解：管道作用水头等于沿程水头损失与局部水头损失之和。沿程阻力系数、局部阻力系数已知，可用公式直接求解。

答案：q?10.94l/s

4

第6章 一、选择题

1. 虹吸管正常工作，其顶部的真空值一般不大于（ B ）水柱高。

A. 6.0m B. 7.5m C. 9m D.10m 2. 短管淹没出流的计算时，作用水头为（ B ）。

A. 短管出口中心至上游水面高差；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条件是（ D ）

A．管长大于3-4倍的管径 B.作用水头小于0.75H0

C. 作用水头大于0.75H0 D. 管长l=(3-4)d ，作用水头H?0.75H0 4．按短管进行水力计算的管路是 （ C ）( D ) A.虹吸管 B.环状管网 C.支状管网 D.倒虹吸管 二、判断题

1．计算阻力损失时，短管既要考虑局部阻力损失，也要考虑沿程阻力损失，长管计算同样也要考虑这两项损失。（ 错误 ）

2．长管是指几何长度很长的管道。（ 正确 ）

3．孔口淹没出流时，孔口淹没越深，其出流的流速和流量就越大。（正确 ）

4．管嘴收缩断面的真空度与作用水头成正比，作用水头越大，收缩断面的真空度越大，泄

流量也越大。（正确）

5．同一短管，在自由出流和淹没出流条件下，流量计算公式的形式及流量系数?的数值均

相同。（ 正确 ）

6、 两孔口形状、尺寸完全相同，作用水头相同，一个为自由出流，一个为淹没出流，二者的

流量是相同的。 （错误 ） 三、简答题

1． 为什么管嘴出流时，阻力增加了，泄流量反而增大？

答：因为在管嘴进口收缩断面处形成了负压，相当增加了作用水头，在相同条件下管嘴出流比孔口出流的流量大。

2． 写出薄壁小孔口出流的收缩系数?，流速系数?和流量系数?的表达式。 答:P117—P118

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