流体力学作业3-答案.doc

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0.0114cm3/s，则此管中液体流态为（ 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 ）
A. 无量纲 B. C. D.
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 （ 正确 ）
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 ）

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:;水力光滑区: ;过渡粗糙区:
粗糙区(阻力平方区) : .
3.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: (层流) (紊流)
明渠水流: (层流) (紊流)
4.雷诺数的物理意义？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）
1. 有已输油管，管长,管径，已知油的密度，动力粘滞系数。当通过输油管的流量时，判断液流的流态，计算输油管的沿程水头损失。
解：(1) 计算雷诺数判别流态。
(2) 计算沿程阻力系数λ。
(3) 计算沿程水头损失。
答案：层流 沿程水头损失=25.74m(油柱)
2.水管直径，管中水流流速，水温，（1）试判别其流态；（2）若流速与水温不变，管径改变为，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：
3.有一圆管，在管内通过的水，测得通过的流量为，在管长15m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；
（2）将上式再代入达西公式并化简，代入数据求管径。
答案：
4.水管直径，管中水流流速，水温，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，明渠底宽为，水深，粗糙系数，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：（用曼宁公式计算）
（用巴氏公式计算）
6.水箱侧壁接出一根由两段不同管径所组成的管路。已知，，，管道的当量粗糙度，水温为。若管道的出口流速，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
（4）沿程阻力系数选取公式有别，结果可不同。

答案：
7.某一水池，水位恒定，通过一根管径、管长的管道，已知水池水面和管道出口高差，管道上有两个弯头，每个弯头的局部阻力系数，管道进口是直角进口（）管道全长的沿程阻力系数，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：

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0.75
C. 作用水头大于0.75 D. 管长=(3-4)d ，作用水头0.75
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
3． 外延管嘴的正常工作条件是什么？
答：管嘴长：，作用水头 ：
4. 为什么外延管嘴出流比同等条件下孔口出流的流量大？
答：（与1重复）
四、计算题 （解体思路与答案）
1．有一虹吸管，作用水头，管长，管径
，沿程损失系数，进口设拦污栅，进口局部损失系数，弯管局部损失系数。求该虹吸管的过流量、管中最大真空值，并定性绘出其测压管水头线。

解：此题属短管的水力计算，可以用能量方程求解，也可直接用公式。要点有2 。
① 局部损失系数要考虑周全（共3个）。
② 此题，管中最大真空值发生在最高处。
答案：
2. 一水塔供水系统如图所示，已知管道末端要求的自由水头Hz=10m，管径d1=450mm，d2=350mm，d3=250mm，管长L1=100m，L2=100m，L3=100m，q1=0.10，q2=0.08，q3=0.05，管道的粗糙系数n=0.02。试确定水塔高度H。

解：此题属短管的水力计算，，也可直接用公式求解。要点有3 。
① 长管公式要记住，应注意修正。
② 管中（节点）流量要算对。
③ 题目中给出了管道的粗糙系数，意指管流在粗糙区，不必修正，但要记住以下公式，

答案：H=15.1m
3. 圆形有压涵管穿过路基，管长，管径，上下游水位差，管路沿程阻力系数，局部阻力系数：进口，弯管，水下出口，求通过流量？

解：此题属短管的水力计算，，也可直接用公式求解。要点是局部损失系数要考虑周全（共4个）
答案:

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