流体力学作业3答案

1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）A1.0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/2B.d/3C.d/4D.d/5.7、谢才公式中谢才系数的单位是（C）A.无量纲B.sm21C.sm23D.sm28.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）2三、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:(Re)f;水力光滑区:(Re)f;过渡粗糙区:)(Re,dKf粗糙区(阻力平方区):)(dKf.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:vdRe2000Re(层流)2000Re(紊流)明渠水流:vRRe500Re(层流)500Re(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）1.有已输油管，管长ml100,管径cmd5，已知油的密度3930mkg，动力粘滞系数2072.0msN。当通过输油管的流量smQ3005.0时，判断液流的流态，计算输油管的沿程水头损失fh。解：(1)计算雷诺数判别流态。3(2)计算沿程阻力系数λ。(3)计算沿程水头损失fh。答案：层流沿程水头损失fh=25.74m(油柱)2.水管直径mm10d，管中水流流速sm20v/.，水温C10T0，（1）试判别其流态；（2）若流速与水温不变，管径改变为mm30，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：mmd06.133.有一圆管，在管内通过scm/013.02的水，测得通过的流量为scmQ/352，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gvdlhf22并化简，代入数据求管径。答案：mmd2.144.水管直径mm100d，管中水流流速scm100v/，水温C10T0，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00090J.，明渠底宽为m2b，水深m1h，粗糙系数0140n.，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：smQ/7.23（用曼宁公式计算）smQ/03.33（用巴氏公式计算）46.水箱侧壁接出一根由两段不同管径所组成的管路。已知mm150d1，mm75d2，m50l，管道的当量粗糙度mm60K.，水温为C20。若管道的出口流速sm2v2/，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5.0（4）沿程阻力系数选取公式有别，结果可不同。答案：mH93.127.某一水池，水位恒定，通过一根管径mm100d、管长m800l的管道，已知水池水面和管道出口高差m20H，管道上有两个弯头，每个弯头的局部阻力系数30.，管道进口是直角进口（50.）管道全长的沿程阻力系数0250.，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：slq/94.105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.6.0mB.7.5mC.9mD.10m2.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0.750HC.作用水头大于0.750HD.管长l=(3-4)d，作用水头H0.750H4．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—P11863．外延管嘴的正常工作条件是什么？答：管嘴长：dl)4~3(，作用水头：00.92mHH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mHmH0.2,5.121，管长mll0.521，管径mdd1.021，沿程损失系数02.0，进口设拦污栅，进口局部损失系数0.101，弯管局部损失系数15.02。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：smQ/0117.030369.3)(2mHgpv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=0.10sm/3，q2=0.08sm/3，q3=0.05sm/3，管道的粗糙系数n=0.02。试确定水塔高度H。7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，611Rnc28cg528dgs2slQH答案：H=15.1m3.圆形有压涵管穿过路基，管长ml50，管径md0.1，上下游水位差mH3，管路沿程阻力系数03.0，局部阻力系数：进口5.0e，弯管65.0b，水下出口0.1se，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:smQ/9.23