2022年水力学练习题第四章.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载第四章 层流和紊流及水流阻力和水头缺失1、紊流光滑区的沿程水头缺失系数 仅与雷诺数有关,而与相对粗糙度无关；2、圆管紊流的动能校正系数大于层流的动能校正系数；3、紊流中存在各种大小不同的涡体；4、紊流运动要素随时间不断地变化,所以紊流不能按恒定流来处理；5、谢才公式既适用于有压流,也适用于无压流；6、u' xu' y只能代表X 方向的紊流时均附加切应力；7、临界雷诺数随管径增大而增大；8、在紊流粗糙区中,对同一材料的管道,管径越小,就沿程水头缺失系数越大；9、圆管中运动液流的下临界雷诺数与液体的种类及管径有关；10、管道突然扩大的局部水头缺失系数 的公式是在没有任何假设的情形下导出的；11、液体的粘性是引起液流水头缺失的根源；11、不论是匀称层流或匀称紊流,其过水断面上的切应力都是按线性规律分布的；gRJ 即适用于管流,也适用于明渠水流；12、公式13、在逐步收缩的管道中,雷诺数沿程减小；14、管壁光滑的管子肯定是水力光滑管；15、在恒定紊流中时均流速不随时间变化；16、恒定匀称流中,沿程水头缺失hf 总是与流速的平方成正比；17、粘性底层的厚度沿流程增大；18、阻力平方区的沿程水头缺失系数与断面平均流速v 的平方成正比；19、当管径和流量肯定时,粘度越小,越简单从层流转变为紊流；20、紊流的脉动流速必为正值；21、绕流阻力可分为摩擦阻力和压强阻力；22、有一管流,属于紊流粗糙区,其粘滞底层厚度随液体温度上升而减小；23、当管流过水断面流速符合对数规律分布时,管中水流为层流；24、沿程水头缺失系数总是随流速的增大而增大；25、边界层内的流淌也有层流与紊流之分；26、当雷诺数Re 很大时,在紊流核心区中,切应力中的粘滞切应力可以忽视；不定；（；）27、其它条件不变,层流内摩擦力随压力的增大而增大；减小；不变；28、按普朗特动量传递理论,紊流的断面流速分布规律符合 4 直线分布 1 对数分布； 2 椭圆分布； 3 抛物线分布；29、其它条件不变,层流切应力随液体温度的上升而 1 增大； 2 减小； 3 不变； 4 不定；30、其它条件不变,液体雷诺数随温度的增大而 1 增大； 2 减小； 3 不变； 4 不定；成正比；31、谢才系数C 与沿程水头缺失系数的关系为 3 C 与2 成正比； 4 C 与 1 1 C 与成正比； 2 C 与1成正比；32、A、B 两根圆形输水管,管径相同,雷诺数相同,A 管为热水, B 管为冷水,就两管流量 1 qvA > qvB ; 2 qvA qvB ; 3 qvA < qvB ； 4 不能确定大小；33、圆管紊流附加切应力的最大值显现在名师归纳总结 1 管壁； 2 管中心； 3 管中心与管壁之间； 4 无最大值；J 相同,第 1 页,共 9 页34、粘滞底层厚度随 Re 的增大而 1 增大； 2 减小； 3 不变； 4 不定；35、管道断面面积均为A 相等 ,断面外形分别为圆形、方形和矩形,其中水流为恒定匀称流,水力坡度就三者的边壁切应力0的相互关系如下, 假如沿程阻力系数也相等,就三管道通过的流量的相互关系如下： 1 0 圆0 方0矩,qv圆q v 方qv 矩；,qv圆 < qv方 < q v矩 2 0 圆 < 0 方 < 0矩； 3 0 圆0 方0矩,qv圆 < qv方 < qv矩； 4 0 圆 < 0 方 < 0矩,qv圆qv 方qv 矩；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载36、圆管匀称层流与圆管匀称紊流的 1 断面流速分布规律相同； 2 断面上切应力分布规律相同； 3 断面上压强平均值相同； 4 水力坡度相同；37、紊流内部结构分区的判别参数是 1 管壁肯定粗糙度； 2 管壁相对粗糙度；n1 与 n2 的 3 粘滞底层厚度与管壁肯定粗糙度之比； 4 雷诺数；38、图示两管道的管长L 、管径 d 、流量qv 及水温均相同, 但测压管水面差h1 >h2 ,就两管糙率关系为 1 n1 > n2； 2 n1 < n2 ；L 3 ；n1 = n2 ； 4 无法确定；39、谢才系数C 的量纲是：； 3 1 4 1无量纲量；1 1 L； 2 L2T11T240、如图 A、 B 二种截面管道,已知二管长度相同,通过流量相同,沿程水头缺失系数相同,就二管道的沿 程水头缺失 1hfA hfB； 2hfA hfB； 3hfA hfB ； 4尚不能确定大小；41、边界层的外边界线可看成是 1一条流线； 2一条迹线； 3有旋流淌与有势流淌的分界线； 4层流与紊流的分界线；42、紊流附加切应力 43、圆管沿程水头缺失系数 层流f uxuy等号右端的负号是由于_；的影响因素分别是：紊流光滑区 f 紊流过渡区f 紊流粗糙区f 44、水流临界雷诺数可以作为判别流淌外形的准就数；圆管流的临界雷诺数 雷诺数 Re=_；Re=_,明槽流的临界45 、在紊 流光滑 区, 沿程水 头损失系数与相对粗糙 度无关的原因 是_. ；46、紊流外形可分为三个流区,其判别标准是：光滑区 _；_,过渡区 _, 粗糙区47、底宽与水深均为1a 的矩形断面明渠和边长为a 的正方形管道中通过水流时,假定水力坡度相同, 试求它们的边壁切应力之比2;再假定沿程水头缺失系数亦相同,求它们的流量之比qv1qv2；（14；q12）23q2h ,流速分别方程348、动力粘滞系数为的液体在宽度为b 的矩形断面明渠中作层流运动；已知液体深度为名师归纳总结 v=v01-y/h2 ,式中v0 为表面流速；坐标y 由液面铅直向下；如、b、v0 为已知,求： 1 断面平均流速；第 2 页,共 9 页2 渠底切应力；（1v=2u02 底 =2 u0）h3- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载49、导出直径为 d 的圆管的沿程水头缺失系数 与管壁糙率 n 之间的关系式；设水流处于阻力平方区；（12 . 7n2g）uum 1r/r 017；式中：u 为管中最大流速；0r 为管道半径, r 为任一液层处的半径；d1350、圆管中的流速分布为试运算： 1断面平均流速v 与um的比值；（0.817）3/s 时,沿程水头缺失hv=7.58 m；2点流速恰等于断面平均流速处的半径r cd与0r的比值；（0.757）51、有一圆形断面输水隧洞,长度L=500 m ,直径d=5 m；当通过流量qv=200 m求沿程水头缺失系数；（0.0143）d=200 mm,A 、B 两点之间的管长l=2 m,高差z=0.2 m；油52、图示为一倾斜放置的等直径输水管道；已知管径 的重度 g=8600 N/m3；求： 1 A、 B 两点之间的沿程水头缺失 hf ；（ 0.0245m）2A 、B 两点的测压管水头差；（0.0245m）3圆管边壁的切应力 0,并绘出圆管断面的切应力分布图；（ 6N/m2）53、带有两个 90； 转弯的管道,直径 d = 100 mm ,长度 l = 10 m ,沿程水头缺失系数 = 0.037,转弯的局部 水头缺失系数 = 0.29,现取消两弯段,但管长和管段两端的总水头差均不变；问流量能增加百分之几？（ 7.6%）名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载54、流速由 v1 变为 v2 的突然扩大管道,为了减小水头缺失,可分为两次扩大,如下列图；问中间段流速 v 取多2大时,所产生的局部水头缺失最小？比一次扩大的水头缺失小多少？（v 1 v 1 v 2 ；h j 2 = 1 v 1 v 2 ）2 2 2 g55、如图管道出口段长 l = 2 m ,d = 0.1 m ,通过 = 1000 kg/m 3 的流体, 流量 qv = 0.02 m 3/s,已知 h = 1.8 m,求 1 管道壁面切应力 w；2 该管段的沿程水头缺失系数；（w 23 . 44 N/m 2；0 . 03）56、在直径d = 32 mm 的管路中,流淌着液压油,已知流量为3 l/s,油液运动粘度 = 30 10-2 cm2/s ,试确定：1 流淌状态; 2 在此温度下油的临界速度；（紊流；vc=1.88 m/s）57、用管径 d = 75 mm 的管道输送重油,已知 g1 = 8.83 kN/m 3,运动粘度差计的毕托管,水银液面高差 hp = 20mm,求重油流量；g2 = 133.38 kN/m（q v 5 . 21 l/s）1 = 0.9 cm2/s,如在管轴线 上装水银压3 下标 1 为油,下标 2 为 水银 58、圆管直径d = 15 cm ,平均流速v = 1.5 m/s,水温t = 18； C, = 0.01062 cm2/s,已知沿程阻力系数= 0.03 ,0又 如何 变压差计读数试求粘滞底层厚度；如水流速度提高至3.0 m/s , 0 如何变化？又如流速不变,管径增大到30 cm,化？ 0 =32 d Re（1 0=0.0134 cm 2 0=0. 0067 cm3 0=0 . 0134 cm）59、油的流量qv = 7.7 ml/s, 通过直径d = 6 mm 的细管,在 l = 2 m 长的管段两端装有水银压差计,名师归纳总结 h = 18 cm,已知水银hg = 133.38 kN/m3,油的og = 8.43 kN/m3,求油的运动粘度；（0. 54 cm2/s）第 4 页,共 9 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载60、水平管直径 d=100 mm,管中装一蝶阀；为测定蝶阀的局部水头缺失系数,在蝶阀前后设有 U 形水 银压差计,如下列图,当管中通过流量 qv=15.7 升 /秒时,水银柱高差 h=500 mm, 设沿程水头缺失 可以 不计,求蝶阀在该开度时的局部水头缺失系数；（3 . 09）y n61、适用时均流速分布的指数型公式 v v max ,证明二元明渠流的动能校正系数为h为断面上时均最大流速,h 为水深, y 为从壁面到该点的距离,n 为指数； 1n 3； 式中v max13 n62、证明在推导圆管突然扩大局部水头缺失过程中,假如考虑壁面摩擦力单位面积上的摩擦力为0和沿程损失 ,所得结果与略去摩擦力和不计沿程缺失的结果相同；63、如沿程水头缺失系数被取值的误差为20,问当 hf 为常数时, 相应运算出的流量误差有多大？（10%）64、某浇灌系统的塑料管道,管径d=50 mm ,管长l=5 m ；已测得20 秒内出口出水量为200 升,管道首末测压管水头差为0.5 m,求管道糙率n 和相应的沿程水头缺失系数；（0. 00849；n0 . 005）65、图示管道出口段长l=10 m,直径d=0.1m,通过密度=1000 kg/m3 的流体,流量qv=0.02 m3/s；已知h=0.2 m,名师归纳总结 hm=0.1 m, Hg=13.6 ,求： 1管道壁面切应力w；2 该管段的沿程水头缺失系数；（25 . 97N/m2； 0.032）第 5 页,共 9 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 66、某管道的直径d100 mm,通过流量Q优秀学习资料s欢迎下载200C；该管通过相同流量的重燃油,其运0. 004m3/的水,水温为动粘度 1 . 5 10 4m / s,试判定以上两种情形的流态；67、有一梯形断面的排水沟,底宽 b 70 cm,断面的边坡系数为 1：1.5（如图示）；当水深 h 40 cm,断面平均流速 .5 0 cm/ s,水温为 200C,试判别水流流态；假如水温顺水深都保持不变,问断面平均流速减到多少时水流方为层流？（Vmax=0.21cm/s ）1 h1.5 b68、有一送风系统,输送空气的管道直径 d 400 mm,管内的断面平均流速 12 m / s,空气温度为 10 0C；试判断 空 气在 管内 的流 动 外形 ；如 果 输气 管的 直径 改 为 100mm , 求 管 道 内 维护 紊流 时的 最 小断 面平 均流 速 ；（ vC=0.282m/s ）69、在水深为 h 的宽矩形明槽中,水流维护恒定匀称紊流,利用紊流普适流速分布律公式（4-2-23 ）推导宽矩形明槽断面平均流速 的表达式 u max v u /,并运算水面以下何处的时均点流速等于其断面平均流速；70、用高灵敏度的测速设备测得水流中A 点的纵向和垂向的瞬时速度u 和u ,见下表,表中数据是每隔0.5s 测得名师归纳总结 - - - - - - -的结果；断面平均流速为2.02m/s,试运算该点的（ 1）时均流速u和u ；（2）纵向和垂向的相对紊动强度；（ 3）紊动附加切应力' yx；假如 A 点的流速梯度duydy0.26/s,求 A 点的混合长度 l ；涡粘度（即紊动动力粘性系数）及涡运动粘度（即紊动运动粘性系数）,水温为20 0C,试将、与,相比较,两者差别到底有多大？（1） 2.02m/s ；0；（2） 0.111 ；0.0677 ；（ 3）27.33N/m2；（ 4） 0.6364m；105NS/m 2；0.1053m2/s （ 5）1 . 05105）测次1 2 3 4 5 ux1.88 2.05 2.34 2.30 2.17 uy0.10 -0.06 -0.21 -0.19 0.12 测次6 7 8 9 10 ux1.74 1.62 1.93 1.98 2.19 uy0.18 0.21 0.06 -0.04 -0.10 A 点瞬时流速测定值（单位： m/s）71、有一供试验用的圆管,直径为15mm,今进行沿程水头缺失试验,量测段管长为4.0m,试问： （ 1）当流量Q0 . 00002 m3/s时,水流所处的流态,并运算该量测段的沿程水头缺失；（ 2）当水流处于由紊流至层流的临界转变点时,量测段的流量和沿程水头缺失各为多少？设水温为400C；（ 1） 0.0103m；（2） 0.000037m 3/s； 0.0191m）第 6 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载372、直径 d 300 mm 的管道长 l 5 km,输送重度 9 . 66 kN / m 的重油,其重量流量 G 2373 kN / h（ h 为小时）,试运算油温从 t 1 10 0 C（运动粘度 1 25 cm 2/ s）变到 t 2 40 0C（2 .1 5 cm 2/ s）时,管道的缺失功率的变化；并说明你做完此题后得到的启示；（hf1 =438m,N1=289KW, hf2 =23.6m, N 2=17.35KW）073、半径 r 0 150 mm 的输水管在水温 t 15 C 下进行试验,所得数据为断面平均流速 v .3 0 m / s 及沿程水头缺失系数0 .015；求（ 1）r05.r 0和r0处的切应力； （2）假如流速分布曲线在r0 . 5r 0处的时均流速梯度为r 04.34/s,处的混该点的粘性切应力和紊流附加切应力；（3）设混合长度 l 采纳沙特克维奇公式ly1yr0,试求r0 . 5合长度和卡门常数；（1 =8.45Pa , =0r=0 时 ；2 1=4.94 × 10-3Pa , 2=8.445Pa ； 3l=0.021m, =0.39597 ）74、如要一次测得圆管层流的断面平均流速,试问比托管应放在距离管轴多远处？（r=0.707r0）75、有三个管道,其断面外形分别为如图示的圆形、正方形和矩形,它们的过水断面积相等,水力坡度也相等；试求：（ 1）三者边壁上的平均切应力之比；（ 2）当沿程水头缺失系数 相等时,三者的流量之比；（1） 1.0:0.886:0.837；（2） 1.0:0.9461:0.915）' ；（ 圆管 =1.33 , 宽矩形 =1.2 ）76、推求圆管和宽矩形明槽在层流流速分布条件下的动量修正系数77、如圆管紊流光滑区的流速分布听从指数规律,即有uumaxyr0n；求证动能修正系数和动量修正系数' 分别为：n13n23和'n1n'22,并推求混合长度l 的数学表达式 . , =nn1 2）43 n13 n242n178 、推求指数流速分布条件下的宽矩形明槽的,及混合长度 l 的表达式 . （ =nn1 3312179 、依据例题 4-12 所供应的数据 ,运算从左水箱到右水箱的连接管的全部水头缺失的数据 ,绘制水头线图 . 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载380 、有甲乙两输水管 ,甲管直径为 200mm,当量粗糙度为 0.86mm,流量为 0.00094 m s ;乙管直径为 40mm,当量粗糙度为 0.19mm,流量为 0.0035 m 3 s ,水温为 15 0C,试判别两根管中水流处于何种流区；假如处于水力光滑区请用布拉休斯公式运算 ;假如处于过渡区可先用 Jain 公式运算 .最终运算两管的水力坡度 J；（甲管 : 光滑区 J=0.00000852 ；乙管 : 紊流过度区 , =0.0311 ,J=0.308）381 、有三根直径相同的输水管 ,直径 d 100 mm ,通过的流量均为 Q 0 . 015 m / s ,管长均为 l 1000 m ,各管的当量粗糙度分别为 1 0 . 1 mm , 2 0 . 4 mm , 3 3 mm ,水温为 20 0C,用查穆迪图的方法求各管中的沿程水头缺失 h ,水力 坡 度 J , 摩 阻 流 速 u和 各 管 中 的 损 失 功 率 . （ hf1=38.7m,J 1=0.0387 ,u *1 =0.0974m/s,N1=5.689KW；f3 =106.1m,J 3=0.106 ,u*3=0.161m/s,N3=15.6KW）hf2 =55.837m,J 2=0.0558 ,u*2=0.117m/s,N2=8.207KW； h82、试依据圆管层流中的64Re公式,水力光滑管中0.3164Re.025公式及完全粗糙区的.011d0.25分析沿程水头缺失fh与断面平均流速s之间的关系；b10 m,匀称流水深h3 m,边坡系数1： 1,渠道的粗糙系数（即糙率）83、有一梯形断面的渠道,已知：底宽n0 . 02,通过的流量Q39m3/,试求在每公里渠道长度上的水头缺失及摩阻流速和沿程水头缺失系数；（每千米长渠上缺失沿程水头 0.148m,u*=0.0553m/s, =0.0245 ）84、如图示有两个水池；其底部以一水管连通；在恒定的水面差 H 的作用下,水从左水池流入右水池；水管直径d 500 mm,当量粗糙度 0 . 6 mm,管总长 l 100 m,直角进口,闸阀的相对开度为 5 8,90 0缓弯管的转变半径 R 2 d,水温为 200C,管中流量为 0 5. m / s；求两水池水面的高差 H ；可以认为出水池（即右水池）的过水断面面积远大于水管的过水断面面积；（ 3.81m）85、设计一给水管道,其直径 d 已定,今就其长度 l 讨论和两种方案,第方案比第方案短 25%；如水塔的水面高程不变,另因水管都很长,可以不计局部水头缺失和流速水头,试就光滑管和完全粗糙管两种流区情形分别推求两种方案的流量比Q /Q；（光滑管区 Q /Q =1.179, 粗糙区 Q/Q =1.155 ）l120m,管径d1150 mm,86、如图示用水泵从蓄水池中抽水,蓄水池中的水由自流管从河中引入；自流管长吸水管长l212 m,管径d2150 mm,两管的当量粗糙度均0.6mm,河流水面与水泵进口断面中点的高差h2. 0 m；自流管的莲蓬头进口,自流管出口入池,吸水管的带底阀的莲蓬头进口以及吸水管的缓弯头的局部水头缺失系数依名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载次为 1 0 2. , 2 .1 ,0 3 .6 ,0 4 .0 3,水泵进口断面处的最大答应真空高度为 6.0m 水头高； 求最大的抽水流量；水温为 20 0C；（Q=0.04126m 3/s ）87、有一圆形断面有压隧洞, 长 l 200 m,通过流量 Q 700 m 3/ s,假如洞的内壁不加衬砌, 其平均直径 d 1 7 . 8 m,糙率 n 0 . 033；假如用混凝土衬砌,就直径 d 2 .7 0 m,糙率 n 0 . 014；试问衬砌方案比不衬砌方案沿程水头损失削减几多？（ hf1 - h f2 =19.21-6.16=13.05m ）88、某新铸铁管路,当量粗糙度 .0 3 mm,管径 d 200 mm,通过流量 Q 0 . 06 m 3/ s,管中有一个 90 0折角弯头,今欲削减其水头缺失拟将 90 0 折角弯头换为两个 45 0折角弯头, 或者换为一个缓弯 90 0角弯头（转弯半径 R 1 m）,水温为 200C；试求：（ 1）三种弯头的局部水头缺失之比；（ 2）每个弯头相当于多少米长管路的沿程水头缺失；（ 1 1=1.1, 2=0.35, 3=0.1316,2l1=4.78m, l/2=3.04m, l3=0.57m, ）F ；（2）小球89、直径 d的比重 s ；1 cm的小球,在静水中以匀速v0 . 4ms下沉,水温为20 0C,试求：（ 1）小球受的阻力（1F=0.001963N 2s=1.612）90、利用公式（ 4-2-22）,即紊流流核的普郎特普适速度分布律,推导其断面平均流速 v 的表达式（ 4-2-24）；名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 9 页