张效先-高学平水力学答案第五章

5-1.圆管直径mm10d，管中水流流速sm20v/.，水温C10T0，（1）试判别其液流型态；（2）若流速与水温不变，管径改变为mm30，管中水流型态又如何？（3）若流速与水温不变，管流由层流转变为紊流时，管直径为多大？解：(1)已知水温C10T0，查表得水的运动粘滞系数sm2610304.1，求得水的雷诺数2000724.153310304.101.02.0Re6d此时，水流为层流。(2)2300227.460110304.103.02.01Re6d此时，水流为紊流。（3）选取临界雷诺数2000Re，md013.02.0110304.12000Re65-2．圆管直径mm100d，管中水流流速scm100v/，水温C10T0，试判别其液流型态，并求液流型态变化时的流速。解：已知水温C10T0，查表得水的运动粘滞系数sm2610304.1，选取临界雷诺数2000Resmd026.01.010304.12000Re65-3．断面为矩形的排水沟，沟底宽cm20b，水深cm15h，流速sm150v/.，水温C15T0，试判别其液流型态？解：已知水温CT015，查表得水的运动粘滞系数sm2610304.1由于明渠的水力半径mhbbhAR06.0215.02.015.02.02选取临界雷诺数2000Re500269.567.791510137.106.015.04Re6Rd此时，水流为紊流。5-4.某油管输送流量smQ/1067.533的中等燃料油，其运动粘滞系数smv/1008.626，试求：保持为层流状态的最大管径d？解：雷诺数：dQddQdvd44Re2选取临界雷诺数2000Re：mQd594.020001008.61067.54Re4635-5．有一管道，已知：半径cm15r0,层流时水力坡度150J.，紊流时水力坡度20J.，试求：（1）管壁处的切应力0；（2）离管轴cm10r处的切应力？解：(1)层流时：2f3000hrr1510ggJ1.0109.80.15110.25Pa2l2223r1010gJ1.0109.80.1573.5Pa22(2)紊流时：2f3000hrr1510ggJ1.0109.80.20147Pa2l222'3r1010gJ1.0109.80.2098Pa225-6.有一圆管，在管内通过scm/013.02的水，测得通过的流量为scmQ/353，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：假设为层流雷诺数：dQddQdvd44Re2沿程水头损失系数：QddQ16464Re64422216824162dglQgdQdQldgdlhf44402.08.9151035.010013.0168dmm4.19校核：vdRe，选取临界雷诺数2000Re；将mmd4.19代入，2000Re计算成立5-7.某管路直径mm200d，流量sm0940Q3/.，水力坡度%.64J，试求：该管道的沿程阻力系数值？解：依题知平均流速：smdQv99.22.0094.04422每米管长的水力坡度%.64J，因此02.099.2%6.42.08.9222222vgdJlvgdhf5-8.做沿程水头损失实验的管道直径cm51d.，量测段长度m4l，水温C5T0，试求：（1）当流量sl030Q/.时，管中的液流型态；（2）此时的沿程水头损失系数；（3）量测段沿程水头损失fh；（4）为保持管中为层流，量测段的最大测压管水头差gpp21？解：（1）依题知水温C5T0时，查表得水的运动粘滞系数sm2610514.1smdQAQ/17.0015.01003.0441232选取临界雷诺数2000Re：200028.168410514.1105.117.0Re62d此时，水流为层流。（2）此时的沿程水头损失系数：038.028.168464Re64（3）量测段沿程水头损失fhmgdlhf145.0015.08.9217.04038.0222（4）选取临界雷诺数2000Re，2000Red，所以smd202.0015.010514.1200020006所以，032.0200064Re64选管轴线为0-0基准面，列0-0流线的能量方程fhggPzggPz222222221111sm202.021故，mgdlhgppf018.0015.08.92202.04032.0222215-9.有一直径mm200d的新的铸铁管，其当量粗糙度mm35.0，水温C15T0，试用公式法求：（1）维持水力光滑管水流的最大流量；（2）维持粗糙管水流的最小流量？解：依题知（1）水温CT015，查表得水的运动粘滞系数sm2610137.1有布劳斯公式4/1Re316.0474704316.08.32Re316.08.32Re316.0Re8.32Re8.3241dQdddd47814316.08.32Qd87047814316.08.32dQ又维持水力光滑管6.00，401083.5水流的最大流量smQ387447681465.01083.510137.142.0316.08.32（2）维持粗糙管60，501083.5水流的最小流量smdQ3875476818704781461.61083.510137.142.0316.08.324316.08.325-10.有一旧的生锈铸铁管路，直径mm300d，长度m200l，流量sm250Q3/.取当量粗糙度mm6.0，水温C10T0，试分别用公式法和查图法求沿程水头损失fh？解：（1）查图法smdQAQv/54.3412sm/101.137C15T-6为时，水的运动黏滞系数当雷诺数：56-109.34101.1370.33.54Rvdvde且此时流动进入阻力平方区相对粗糙度：002.03.0106.03d查莫迪图可得024.0沿程水头损失为mgvdlhf23.108.9254.33.0200024.0222（2）公式法知由雷诺数知此水流为紊流对于旧钢管、旧铸铁管，smsmdQAQv2.1/54.3412为阻力平方区故满足0234.074.174.1106.023.0lg2174.1lg212320r，由此知023.0沿程水头损失为mdglvhf974.98.9254.33.02000234.02225-11如图5-26所示，水从密闭水箱A沿垂直管路压送到上面的敞口水箱B中，已知sLQmhmlmmd/5.0,5.0,3,25，阀门39.壁面当量粗糙度mm2.0，流动在粗糙区25.011.0d求压力表读数？图5-26习题5-11解：依题知由连续性方程知smdQAQvA019.1025.0105.044232由查表知5.0,3.9,1进阀门出相对粗糙度：008.0025.0102.03d流动在粗糙区033.0008.011.025.0选择A箱水面作为0-0基准面，取B箱水面1-1和A箱0-0水面，列能量方程gvgdlvgvgPzgvgPzABBAA222222222211进阀门出由于计算点选取在水面，0Bv，01z，lhz2，0BP，令动能修正系数121，故gvgvgdlvgvgPzzgPAABBA222221222212进阀门出8.92019.115.03.91025.03033.00035.08.9122444.41mkN5-12.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：湿周mhb41222面积2212mbhA压力表dhLh1100水力半径mAR5.042①代入曼宁公式smRnC216161636.635.0014.011代入谢齐公式smRJCv35.10009.05.0636.63明渠中通过的流量smvAQ37.2235.1②代入巴氏公式由于mRmo0.31.，符合巴式公式)1.0(75.013.05.2nRny)1.0014.0(5.075.013.0014.05.2156.0smRnCy21156.0108.645.0014.011smRJCv36.10009.05.0108.64明渠中通过的流量smvAQ372.2236.15-13.油在管路中以v=1m/s的速度流动，油的密度3/920mkg，ml3,d=25mm,水银压差计测得h=9cm,试求：（1）油在管路中的流态；（2）油的运动粘滞系数；（3）若以相同的平均流速反向流动，压差计的读数有何变化？图5-27习题5-13解：（1）设流态为层流等压面3-3、等压面4-4知glghPghP油油银21lPPh-g21油银油油取1-1断面为基准面，对断面1-1和断面2-2列能量方程gvgPzgdlvgvgPz222222222211112油油令动能修正系数121，故gdlvlgPgP22212油油gdlvllgdlvlgPgP2Re64h-222212油银油油油故雷诺数2000887.31509.092.092.06.13025.08.91332-32Re2油油银gdhlv假设成立（2）由dRe，有smd510914.7887.315025.01Re（3）若以相同的平均流速反向流动，取1-1断面为基准面为基准面，对断面1-1和断面2-2列能量方程gdlvgvgPzgvgPz222222222211112油油令动能修正系数121，故hd水银4l2121343gdlvlgPgP22212油油渐变流1-1断面和渐变流2-2断面处，有等压面3-3、等压面4-4知ghPghP油银21代入上式gdlvllPP2h-g2212油银油油故mgdlvgdlvh09.092.092.06.13887.315025.08.91332-Re32-22222