2022年流体力学作业3答案 .pdf

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 ）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.sm21 C. sm23 D. 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）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 7 页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的变化规律。答:尼古拉兹实验揭示了沿程阻力系数的变化规律, 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 :vdRe2000Re( 层流 ) 2000Re ( 紊流 ) 明渠水流 : vRRe500Re( 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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 7 页3 (2) 计算沿程阻力系数。(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：mmd06.133. 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：mmd2.144. 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， 计算出水力要素：面积A，湿周，水力半径R， 用曼宁公式和巴氏公式计算谢齐系数C， 谢齐公式计算流速； 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）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 7 页4 6. 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：mH93.127. 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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 7 页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. 6.0m 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0.750HC. 作用水头大于0.750H D. 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 P118精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 7 页6 3 外延管嘴的正常工作条件是什么？答： 管嘴长：dl)43(，作用水头：00.92mHH4. 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 。局部损失系数要考虑周全（共3 个） 。此题，管中最大真空值发生在最高处。答案：smQ/0117.030369.3)(2mHgpv2. 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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 7 页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 。长管公式要记住，应注意修正。管中（节点）流量要算对。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，611Rnc28cg528dgs2slQH答案： H=15.1m 3. 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5.0e，弯管65.0b，水下出口0 .1se，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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 7 页