流体力学作业3 答案

作业3   (第5章、第6章) 第5章 一、选择 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？ 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: