水力学(闻德荪)习题答案第六章

选择题（单选题）1.水在垂直管内由上向下流动，测压管水头差h，两断面间沿程水头损失，则：（a）（a）hf=h；（b）hf=h+l；（c）hf=l－h；（d）hf=l。2.圆管流动过流断面上切应力分布为：（b）（a）在过流断面上是常数；（b）管轴处是零，且与半径成正比；（c）管壁处是零，向管轴线性增大；（d）按抛物线分布。3.圆管流的雷诺数（下临界雷诺数）：（d）（a）随管径变化；（b）随流体的密度变化；（c）随流体的黏度变化；（d）不随以上各量变化。4.在圆管流中，紊流的断面流速分布符合：（d）（a）均匀规律；（b）直线变化规律；（c）抛物线规律；（d）对数曲线规律。5.在圆管流中，层流的断面流速分布符合：（c）（a）均匀规律；（b）直线变化规律；（c）抛物线规律；（d）对数曲线规律。6.半圆形明渠半径r0=4m，水力半径为：（c）（a）4m；（b）3m；（c）2m；（d）1m。7.变直径管流，细断面直径为d1，粗断面直径d2=2d1，粗细断面雷诺数的关系是：（d）（a）Re1=0.5Re2；（b）Re1=Re2；（c）Re1=1.5Re2；（d）Re1=2Re2。8.圆管层流，实测管轴线上流速为4m/s，则断面平均流速为:（c）（a）4m/s；（b）3.2m/s；（c）2m/s；（d）1m/s。9.圆管紊流过渡区的沿程摩阻系数λ：（c）（a）与雷诺数Re有关；（b）与管壁相对粗糙ks/d有关；（c）与Re及ks/d有关；（d）与Re和管长L有关。10.圆管紊流粗糙区的沿程摩阻系数λ：（b）（a）与雷诺数Re有关；（b）与管壁相对粗糙ks/d有关；（c）与Re及ks/d有关；（d）与Re和管长L有关。11.工业管道的沿程摩阻系数λ，在紊流过渡区随雷诺数的增加：（b）（a）增加；（b）减小；（c）不变；（d）不定。计算题【6.12】水管直径d=10cm，管中流速v=1m/s，水温为10℃，试判别流态。又流速等于多少时，流态将发生变化？解：查表得10°时水/sm101.312-6230076341031.11.01vdRe6为紊流m/s30.01.023001031.1dRev6cc流速为0.30m/s时流态将发生变化.【6.13】通风管径直径为250mm，输送的空气温度为20℃，试求保持层流的最大流量。若输送空气的质量流量为200kg/h，其流态是层流还是紊流？（7.087L/s；紊流）解：查表得20°时空气/m101.57,kg/m20.12-53sm/s144.025.023001057.1dRev5ccL/s./sm....dvQ3cc07700707042501431440422c3mvQ/sm..QQ046202013600200为紊流【6.14】有一矩形断面的小排水沟，水深15cm，底宽20cm，流速0.15m/s，水温10℃，试判别流态。解：查表得10°时水/sm101.312-6cmhbbhR6152201520257568701031.106.015.0vRRe6为紊流【6.15】输油管的直径d=150mm，Q=16.3m3/h，油的运动粘度ν=0.2cm2/s，试求每公里管长的沿程水头损失。解：m2563.0360015.014.33.164dQ4v221922102.015.02563.0vdRe40333.0192264Re64m.....gvdlhf744061925630150100003330222【6.16】应用细管式粘度计测定油的粘度。已知细管直径d=8mm，测量段长l=2m，实测油的流量Q=70cm3/s，水银压差计读值hp=30cm，油的密度ρ=901kg/m3。试求油的运动粘度ν和动力粘度μ。（0.743cm2/sμ=8.56×10-6m2／s）解：列细管测量段前后断面（1、2）伯努利方程，化简m..hgpgphpmf23430190113600111设为层流s/m..dQv3910080107044262gvdlvdgvdlRehf26426422sm.....lvgdhf2522109823912640080892234642sPa..0268501098290151.3731098.2008.039.1vdRe5＜2300层流，计算成立。【6.17】为了测定圆管内径，在管内通过运动粘度ν为0.013cm2/s的水，实测流量为35cm3/s，长15m管段上的水头损失为2cm水柱，试求此圆管的内径。（1.94cm）解：先按层流计算,由泊肃叶公式408πrμρgJQ得cm...ghQlgJQrf970298014315003501308884440cm.rd94120检验是否为层流2300176994114301303544...dQvdRe是层流,说明计算正确【6.18】油管直径为75mm，已知油的密度为901kg/m3，运动粘度为0.9cm2/s在管轴位置安放连接水银压差计的皮托管，水银面高差hp=20mm，试求油的流量。（5.19L/s；）解：皮托管测定的是管轴处的速度m/s..)(.h)(gupp35202019011360061912以管轴处速度为特征流速计算雷诺数2300195810907503525..udRe流动是层流m/s.uv17512L/s./sm....dvQ3195005190407501431751422【6.19】自来水管长600m，直径300mm，铸铁管道，通过流量60m3/h，试用穆迪图计算沿程水头损失。（0.176m）解：铸铁管道，取ks=1.25mm（平均值）31014300251..dksm/s.../dQv236030143360060442246104510311302360....vdRe查穆迪图得0310.m.....gvdlhf17606192360306000310222【6.20】钢筋混凝土输水管直径为300mm，长度为500m，沿程水头损失为1m，试用谢才公式求管道中流速。（0.59m/s）解：查表，取n=0.135m.dR0750400205001.lhJf1048161.RnC/管中流速m/s.RJCv590【6.21】矩形风道的断面尺寸为1000mm×600mm，空气流量为4200m3/h，空气密度为1.11kg/m3，测得相距12m的两断面间的压强差为31.6N/m2。试求风道的沿程摩阻系数。（0.0144）解：m/s.../AQv2166021360042000m.)..(..Rde8060212602144得由2ev21dlp014502161115063112802122......vplde【6.22】圆管和正方形管道的断面面积、长度和相对粗糙都相等，且通过流量相等。试求两种形状管道沿程损失之比。（1）管流为层流；（2）管流为紊流粗糙区。（(1)0.785；(2)0.886）解：Ad,AAAde244圆方(1)层流vgdlhf2327850422.ddhheeff圆方方圆(2)紊流gvdlhf2288604.ddhheeff圆方方圆【6.23】输水管道中设有阀门，已知管道直径为50mm，通过流量为3.34L/s，水银压差计读值∆h=150mm，沿程损失不计，试求阀门的局部损失系数。（12.83）解：m/s....dQv7021050143003340442279126121507021619222.....hvgj【6.24】水箱中的水通过等直径的垂直管道向大气流出。如水箱的水深H，管道直径d，管道长L，沿程摩阻系数为λ，局部损失系数为ζ，试求在什么条件下，流量随管长的增加而减小？解：由伯努利方程得gvgvdlgvlH22222222211212)dl()dH(gld)v(ddl)lH(gv当02ld)v(d时，管中流速随管长增加而减小，因管直径不变，流量也随管长增加而减小，即d)(HdH101时流量随管长的增加而减小【6.25】用突然扩大使管道流速由v1减到v2，若直径d1及流速v1一定，试求使测压管液面差成为最大的v2及d2是多少，并求最大h值。（H(1+ζ)d/λ）解：由伯努利方程得g)vv(gvhgv2222212221由连续性方程得122212vddv)dd1(ddgv])dd1(dd1[g2vh22212221212222142412101dd20)d(d)h(d22212由12d2dg4vh21max【6.26】水箱中的水经管道出流，已知管道直径为25mm，长度为6m，水位H=13m，沿程摩阻系数为λ=0.02，试求流量及管壁切应力τ。（3.12L/s；101.12N/m2）解：由伯努利方程得g2vdlg2vg2vH222进m/s36.6025.0602.05.01136.19dl1gH2进流量：L/s12.3/sm00312.04025.014.336.64dvQ32265.16.1936.6025.0102.0g2vd1lhJ22fPa1.10165.14025.08.91000gRJ0【6.27】水管直径为50mm，1、2两断面相距15m，高差3m，通过流量Q=6L/s，水银压差计读值为250mm，试求管道的沿程摩阻系数。解：m/s06.305.014.3006.04dQ4v22m15.325.06.12h)1(hpf水汞022.006.3156.1905.015.3g2vdlh22f【6.28】两水池水位恒定，已知管道直径d=10cm，管长l=20m，沿程摩阻系数λ=0.042，局部损失系数ζ弯=0.8，ζ阀=0.26，通过流量Q=65L/s，试求水池水面高差H。解：m/s28.81.014.3065.04dQ4v22由伯努利方程得m9.436.1928.8)1.020042.0126.08.035.0(g2v)dl3(H22出阀弯进【6.29】水池中的水经弯管流入大气中。已知管道直径d=100mm，水平段AB和倾斜段BC的长度均为l=50m，高差h1=2m，h2=25m，BC段设有阀门，沿程阻力系数λ=0.035，管道入口及转弯局部阻力不计。试求：为使AB段末端B处的真空高度不超过7m，阀门的局部水头损失系数ζ最小应是多少？此时的流量是多少?解列伯努利方程g2vg2vdl2g2vhh22221g2v)1.0100035.01(25225.19g2vdlg2vgph22B1g2v)1.050035.01(722m/s09.3v/sm0243.04dvQ32【6.30】风速20m/s的均匀气流，横向吹过高H=40m，直径d=0.6m的烟囱，空气的密度ρ=1.20kg/m3，温度为20℃，求烟囱所受风力。解：55106.71057.16.020vdRe查图表得4.0CDN2304406.022020.14.0A2VCF22DD【6.31】有两辆迎风面积相同A=2m2的汽车。其一为20世纪20年代的老式车，其阻力系数CD=0.8。另一为20世纪90年代有良好外形的