2020秋国开（电大）《流体力学》形考作业1-10参考答案.docx

国开（电大）流体力学形考作业1-7参考答案形考作业1一、选择题1牛顿内摩擦定律适用于（ ）A. 非牛顿流体B. 牛顿流体 C. 任何流体2液体不具有的性质是（ ）A. 粘滞性B. 易流动性C. 抗拉性 D. 压缩性3连续介质假定认为流体（ ）连续。A. 分子间 B. 在微观上C. 原子间D. 在宏观上4在国际制单位制中流体力学基本量纲不包括（ ）A. 力 B. 质量C. 长度D. 时间5在静水中取一六面体，作用在该六面体上的力有（ ）A. 正压力、重力B. 切向力、重力C. 切向力、正压力D. 正压力、切向力、重力 6下属那些力属于质量力（ ）A. 惯性力B. 弹性力C. 重力 D. 粘滞力E. 表面张力二、判断题1压强和切应力属表面力。（）2流体惯性力与加速度方向相同。（）3粘滞性可以制止流体流动。（）4理想流体与实际流体的区别仅在于理想流体具有不可压缩性。（）三、简答题1为什么要建立连续介质模型？参考答案：液体（气体）是由分子组成的，分子间有空隙，不连续。工程上研究的流体，关心的是流体宏观的物理性质。把流体看成为由质点组成的连续体连续介质模型，目的是建立描述流体运动的连续函数，便于应用数学工具，解决工程实际问题。2什么是流体的粘滞性？它对流体流动起什么作用？参考答案：流体具有的阻滞变形运动的特性流体的粘滞性，它对流体流动产生阻力，造成能量损失。3动力粘滞系数 和运动粘滞系数v 有什么区别？参考答案：两者都反映流体的粘滞性，为动力量，v为运动量，=v，量纲不同。4容器内盛有液体，求下述不同情况时该液体所受单位质量力？（1）容器静止时；（2）容器以等加速度g垂直向上运动；（3）容器以等加速度g垂直向下运动。参考答案：（1）液体所受单位质量力仅有重力；（2）液体所受单位质量力为2g；（3）液体所受单位质量力为0。5试分析图中三种情况下水体A受哪些表面力和质量力？（1）静止水池；（2）顺直渠道水流（均匀流）；（3）平面弯道水流。参考答案：（1）水体A受哪些表面力为压应力（正压力），质量力为重力g；（2）水体A受哪些表面力为压应力和切应力，质量力为重力g（均匀流）；（3）水体A受哪些表面力为压应力和切应力，质量力为重力g和惯性力。四、计算题（请写出计算过程）1已知某水流流速分布为u=0.72y1/10，u的单位为m/s，y 为距壁面的距离，单位为m。（1）求y=0.1、0.5、1.0m处的流速梯度；（2）若水的运动粘滞系数v=0.1010cm2/s，计算相应的切应力。参考答案：解：（1）dudy=0.72×110×y-910=0.072y-910则y=0.1处的流速梯度为：dudy|y=0.1=0.072×0.1-910=0.572 y=0.5处的流速梯度为：dudy|y=0.5=0.072×0.5-910=0.134 y=1.0处的流速梯度为：dudy|y=1.0=0.072×1.0-910=0.072（2）切应力=dudy=vdudy=998.2×0.01010×10-4dudy =10.082×10-4dudy则y=0.1处的切应力为：|y=0.1=10.082×10-4×dudy|y=0.1 =5.77×10-4pa y=0.5处的切应力为：|y=0.5=10.082×10-4×dudy|y=0.5 =1.35×10-4pa y=1.0处的切应力为：|y=1.0=10.082×10-4×dudy|y=1.0 =0.726×10-4pa2已知温度20时水的密度=998.2kg/m3，动力粘滞系数=1.002×10-3N·s/m2，求其运动粘滞系数v？参考答案：解：由公式得v=1.002×10-3N·s/m2998.2kg/m3=1.0038×10m2/s形考作业2一、选择题1某点存在真空时（ ）。A. 该点的绝对压强为负值B. 该点的绝对压强为正值 C. 该点的相对压强为负值 D. 该点的相对压强为正值2流体静压强的（）。A. 大小与受压面积有关B. 方向与受压面有关C. 大小与受压面积方位无关 3流体平衡微分方程的全微分式为（）。A. P=Pa+ghB. p=p(x，y，z)C. dp=p(Xdx + Ydy + Zdz) 4压强单位为N/m2时，采用了哪种表示法（ ）。A. 应力单位 B. 大气压倍数C. 液柱高度5密封容器内液面压强小于大气压强，其任一点的测压管液面 （ ）。A. 等于容器内液面B. 高于容器内液面C. 低于容器内液面 二、判断题1等压面与质量力垂直。（）2某点存在真空，是指该点的压强小于大气压强。（）3静止流体中某点压强的大小，不仅与其淹没深度有关还与受压面的方位有关。（）4相对压强的数值可为正值，也可以是负值。（）5静止液面下的闸板的总压力作用中心与闸板形心重合。（）6和大气相通容器的测压管液面一定与容器内液面高度相同。（）7相对静止的液体的等压面一定是水平面。（）三、简答题1等压面是水平面的条件是什么？参考答案：等压面是水平面的条件是：（1）续介质 （2）同一介质（3）单一重力作用下2同一容器中装两种液体，且，在容器侧壁装了两根测压管。试问：图中所标明的测压管中液面位置对吗？为什么？参考答案：图中所标明的测压管中液面位置不对。因为，右测压管液面要低一些，从点压强的大小分析。3图中三种不同情况，试问：A-A、B-B、C-C、D-D中哪个是等压面？哪个不是等压面？为什么？参考答案：根据等压面是水平面的条件：（a）A-A是 （b）B-B不是 （c）C-C 不是，D-D是四、计算题（请写出计算过程）1已知某点绝对压强为80kN/m2，当地大气压强pa=98kN/m2。试将该点绝对压强、相对压强和真空压强用水柱及水银柱表示。参考答案：解：根据绝对压强与相对压强的关系：p' = p + pa或p = p' - pa(式中pa为当地大气压强)用水柱高表示：（1）该点绝对压强：8.16mH2o（2）该点相对压强：-1.84mH2o（3）该点真空压强：1.84mH2o 用水银柱高表示：（1）该点绝对压强：599.1mm Hg（2）该点相对压强：-135.4 mm Hg（3）该点真空压强：135.4 mm Hg2一封闭水箱自由表面上气体压强p0=25kN/m2，h1=5m，h22m。求A、B两点的静水压强。参考答案：解：由压强基本公式p = p0 + gh求解pA = p0 + gh1 = 74kN/m2pB = p0 + gh1 - g(h1 - h2) = pA - g(h1 - h2) = 44.6kM/m23如图所示为一复式水银测压计，已知1=2.3m，2=1.2m，3=2.5m，4=1.4m，5=1.5m (改为3.5m)。试求水箱液面上的绝对压强p0？(H=13.6×103kg/m3 , =1×103kg/m3)参考答案：解：p2Hg（1-2）P3p2-g（3-2）P4= P3+Hg（3-4）P0= P5=P4-g（5-4）联立得：P0= P5=Hg（1-2）-g（3-2）+Hg（3-4）-g（5-4） =279.28kpa4某压差计如图所示，已知HA=HB=1m，H=0.5m。求：pA - pB。参考答案：解：设管中空气的压强为p空由压强公式及等压面的概念得pA=p空+Hgh-wghApB=p空+wghBpA-pB=Hgh-wg（hA+hB） =13.6×103×9.8×0.5-1×103×9.8×（1+1） =47.04×103pa=47.04 kpa（47kN/m2或4.8mH2o）5水闸两侧都受水的作用，左侧水深3m、右侧水深2m。试求作用在单位宽度闸门上静水总压力的大小及作用点位置（用图解法和解析法分别求解）。参考答案：解：p空=12gh空×1×3=12×1000×9.8×3×1×3=44.1 kNP右=12gh右×1×3=12×1000×9.8×2×1×2=19.6 kNP= p空-P右=44.1 kN-19.6 kN=24.5 kN求静水总压力的作用点。（设作用点距渠底的距离为e）e1= h1/3=3/3=1.0me2= h1/3=2/3=0.67mpe=p1e1-p2e2e=(1e1-p2e2)/p =88.2×1-39.2×0.67)/49.2=1.26m答：静水总压力P=24.5 kN，方向向右静水总压力的作用点在闸门的对称轴上，距渠底的距离e=1.26m6一溢流坝上的弧形闸门。已知：R10m，闸门宽b=8m，=30°。求作用在该弧形闸门上的静水总压力的大小和方向。参考答案：解：（1）水平分力铅直投影面如图，Ax=bh=4×2sin45°=5.66m2hc=h/2=(Rsin45°)/2=0.707mPx=ghcAx=1000×9.8×0.707×5.66=39.2KN,方向向右。（2）铅直分力压力体如图abcde,V=Aabcde·bAabcde= Aabce+ AcdeAcde=扇形面积ode-三角形面积ocd=R230°360°-12Rsin30°·Rcos30°=4.52m2Aabce=4×(R-R cos30°)=5.36 m2Aabcde=5.36+4.52=5.36 m2PZ=gV=1000×9.8×9.88×8=774.6KN,方向向上。（3）总压力P=Px2+P22=2663 KN（4）作用力的方向合力指向曲面，其作用线与水平方向的夹角=tg-1（774.62548）=16.91°。形考作业3一、选择题1流体运动的连续性方程是根据（ ）原理导出的。A. 质量守恒B. 能量守恒 C. 力的平衡D. 动量守恒2流线和迹线重合的条件为（ ）。A. 恒定流B. 非恒定均匀流 C. 非恒定流二、判断题1以每个流体质点运动规律为研究对象的方法称为拉格朗日法。（）2恒定流一定是均匀流。（）3涡流是指流体质点在运动中不绕自身轴旋转的流动。（）4无旋流就是无涡流。（）5非均匀流一定是非恒定流。（）三、简答题1述流体运动的两种方法是什么？简述其内容。参考答案：（1）拉格朗日（Lagrange）法：拉格朗日法以研究个别流体质点的运动为基础，通过对每个流体质点运动规律的研究来获得整个流体的运动规律。这种方法又称为质点系法。拉格朗日法的基本特点是追踪单个质点的运动。（2）欧拉（Euler）法：欧拉法是以考察不同流体质点通过固定的空间点的运动情况来了解整个流动空间内的流动情况，即着眼于研究各种运动要素的分布场。这种方法又叫做流场法。欧拉法中，流场中任何一个运动要素可以表示为空间坐标和时间的函数。2流体微团体运动分为哪几种形式？参考答案：流体微团体运动分为：（1）平移；（2）线变形；（3）角变形；（4）旋转变形。3写出恒定平面势流中流函数具有的性质，流函数与流速势的关系。参考答案：流函数具有的性质：（1）流函数相等的点组成的线即流线，或曰，同一流线上个点的流函数为常数；（2）两流线间的函数值之差为为单宽流量；（3）平面势流的流函数为一个调和函数。流函数与流速势的关系：（1）流函数与势函数为调和函数；（2）等势线与等流函数线正交。4什么是过流断面和断面平均流速？为什么要引入断面平均流速？参考答案：与流线正交的断面叫过流断面。过流断面上点流速的平均值为断面平均流速。引入断面平均流速的概念是为了在工程应用中简化计算。5如图所示，水流通过由两段等截面及一段变截面组成的管道，试问：（1）当阀门开度一定，上游水位保持不变，各段管中，是恒定流还是非恒定流？是均匀流还是非均匀流？（2）当阀门开度一定，上游水位随时间下降，这时管中是恒定流还是非恒定流？（3）恒定流情况下，当判别第II段管中是渐变流还是急变流时，与该段管长有无关系？参考答案：（1）是恒定流。、是均匀流，是非均匀流。（2）管中为非恒定流。（3）有。管段相当长为渐变流，管段较短为急变流。四、计算题（请写出计算过程）1恒定二维流动的速度场为ux= xzuy=-ay，其中秒=1秒-1。（1）论证流线方程为xy=C；（2）绘出C0、1及4m2的流线；（3）求出质点加速度的表达式。参考答案：解：（1）流线方程为： 代入数值推导 （2）（略） （3）由：代入数值求解。 代入数值求解。答案: 2试检验下述不可压缩流体的运动是否存在？（1）（2）参考答案：解：由连续性微分方程，=0 流体的运动存在,反之流体的运动不存在。（1）代入数值求解，流体的运动不存在。（2）代入数值求解，流体的运动存在。3. 水流从水箱经管径分别为的管道流出，出口流速，如图所示。求流量及其它管道的断面平均流速。参考答案：解：应用连续性方程（1）流量：4.91（2）断面平均流速 , 。4.如图铅直放置的有压管道，已知d1=200mm，d2=100mm，断面1-1处的流速v1=1m/s。求（1）输水流量Q；（2）断面2-2处的平均流速v2；（3）若此管水平放置，输水流量Q及断面2-2处的速度v2是否发生变化？（4）图a中若水自下而上流动，Q及v2是否会发生变化？参考答案：解：应用连续性方程（1） （2）（3）不变。（4）流量不变则流速不变。5已知某流场的流速势为，为常数，试求及。参考答案：解： 6. 对于，的平面流动，为常数。试分析判断该流动： (1) 是恒定流还是非恒定流？(2) 是均匀流还是非均匀流？(3) 是有旋流还是无旋流？参考答案：解：应用质点加速度数学表达式 求解。看时间加速度与迁移加速度判别是恒定流还是非恒定流;是均匀流还是非均匀流。（1）是恒定流。 （2）是非均匀流 （3）用无旋流数学表达式求解，是无旋流。形考作业4一、 选择题1、总流伯努力方程适用于（A）A、恒定流 B、非恒定流 C、可压缩流体2、总水头线与测压管水头线的基本规律是： （ A ）A、总水头线总是沿程下降的 B、总水头线总是在测压管水头线的上方C、测压管水头线沿程可升可降 D、 测压管水头线总是沿程下降的二、判断题 1、N-S方程为理想流体运动的微分方程。（）2、 毕托管是量测流体电流速的一种仪器。（）二、 简答题1 说明总流能量方程中各项的物理意义。参考答案：答：流体恒定总流的伯努利方程为:Z1+(P1/g)+(u12/2g)= Z2+(P2/g)+(u22/2g)+h式中，Z1、Z2为单位重量流体所具有的位置势能；P1、P2为单位重量流体所具有的压强势能；u1、u2为单位重量流体所具有的动能；g为单位重量流体所具有的势能；2g为单位重量流体所具有的机械能；h为单位重量流体从1点流向2点的机械能损失。2.写出实际流体恒定元流的伯努利方程和实际流体恒定总流的伯努利方程，并指出他们的区别？ 参考答案：答： 实际流体恒定元流的伯努利方程：Z1+(P1/g)+(u12/2g)= Z2+(P2/g)+(u22/2g)实际流体恒定总流的伯努利方程：Z1+(P1/g)+(112/2g)= Z2+(P2/g)+( 222/2g)+h 实际流体恒定总流的伯努利方程考虑了能量损失。3应用恒定总统能量方程时，为什么把过流断面选在渐变流段或均匀流段？参考答案：答：因为建立恒定总流的伯努利方程时，把作为常数提到积分号外面，只有渐变流断面或均匀流断面的 。4在写总流能量方程时，过流断面上的代表点、基准面是否可以任意选取？为什么？参考答案：答：可以。因为渐变流断面或均匀流断面的 。5关于水流流向问题有如下一些说法：“水一定由高处向低处流”；“水是从压强大向压强小的地方流”；“水是从流速大的地方向流速小的地方流”。这些说法是否正确？为什么？如何正确描述？参考答案：答：（1）“水一定由高处向低处流”，（不对），对明渠水流是对的，对有压管流不一定。“水是从压强大向压强小的地方流” （不对），在有压管流中常常有从压强小向压强大的地方流的现象。（2）正确描述时，流体的运动方向总是由单位重量流体能量大的位置流向单位重量流体能量小的位置。（不能单从位能或压能一个角度比较）6总流的动量方程为，试问：（1）中包括哪些力？（2）如果由动量方程求得的力为负值说明什么问题？参考答案：答：（1）一般为表面力、重力，（惯性力、摩擦力、弹性力含在待求的力中了）（2）求得的力为负值说明原假设的力的方向不对，反向即可。四、计算题（请写出计算过程）1在一管路上测得过流断面1-1的测压管高度为1.5m，过流面积A1为0.05m2；过流断面2-2的面积A2为0.02m2；两断面间水头损失为；管中流量Q为20l/s；z1为2.5m，z2为2.6m。试求断面2-2的测压管高度。（提示：注意流动方向）。（改为1.6m与图相符）参考答案：解:（1）能量方程可以求解位能、压能、流速与能量损失。求测压管高度即求压强，自然要想到用能量方程。（2）向未知情况下，流动方向可以假定。（3）先求出（4）列能量方程求解= -2.289mH2o (1流向2) ; = -1.473 mH2o (2流向1)2. 如图所示，从水面保持恒定不变的水池中引出一管路，水流在管路末端流入大气，管路由三段直径不等的管道组成，其过水面积分别是A1=0.05m2，A2=0.03m3，A3=0.04m2，若水池容积很大，行近流速可以忽略（v00），当不计管路的水头损失时，试求：（1）出口流速v3及流量Q；（2）绘出管路的测压管水头线及总水头线。 参考答案： 解: (1) 因为不计管路的水头损失,此题为理想流体的流动。因为是理想流体，作用水头完全转化为动能。先解出第3条管中断面平均流速，在求流量。 （2）绘出管路的测压管水头线及总水头线步骤：因为是理想流体，不计水头损失，故总水头线为水平。计算各段流速水头 。总水头线下方减去1个流速水头得测压管水头线。（测压管水头线及总水头线图，略）3如图一管路，A、B两点的高差z1m，点A处直径dA=0.25m，压强pA=7.84N/cm2，点B处直径dB=0.5m，压强pB4.9N/cm2，断面平均流速VB1.2m/s。判断管中水流方向。参考答案：解: 判断管中水流方向,，要从单位重量流体总的机械能考虑，总是单位重量流体总的机械能大的位址向单位重量流体总的机械能晓得的地方。（1）计算A点与B点单位重量流体总的机械能。（2）比较A点与B点单位重量流体总的机械能的大小。 从A流向B 。4在水平安装的文丘里流量计上，直接用水银压差计测出水管与喉部压差h为20cm，已知水管直径为10cm，喉部直径为5 cm，当不计水头损失时，求通过流量Q。参考答案：解: 可以直接用公式求解，也可以流能量方程推导公式求解。即，5为将水库中水引至堤外灌溉，安装了一根直径d为15cm的虹吸管（如图），当不计水头损失时，问通过虹吸管的流量Q为多少？在虹吸管顶部s点处的压强为多少？参考答案：解: 此题属理想流体的水力计算，作用水头转化为动能。 s点处的压强进考虑位能、动能压能之间的转化。（1）列上游水面到管出口间的能量方程求流量， （2）列上游水面到s点处的能量方程求s点处的压强，6一平板闸门宽b为2m，当通过流量Q为8m3/s时闸前水深h为4m，闸孔后收缩断面水深hC为0.5m，求作用于平板闸门上的动水总压力（不计摩擦力）。参考答案：解: 此题为用动量方程求解作用力。因为流量未知，涉及到连续性方程、能量方程、动量方程这三大方程的联合应用。（1）取控制面（脱离体）（上游过流断面与C-C断面之间）（2）画出相对压强分布图，全面并分析、计算外力（上游过流断面压力P1 ，C-C断面压力P2 ，重力沿水流方向的分力为0，设平板闸门对水的动水总压力为R ，方向向左。（3）因为流量未知先列能量方程求流速。（4）列出的能量方程由两个未知量，用连续性方程消掉1个未知量。求出流量、流速。（5）列动量方程求解作用力。作用于平板闸门上的动水总压力R= 93.5,方向向右。7如图溢流坝，上游断面水深h1=1.5m，下游断面水深h2=0.6m，略去水头损失；求水流对2m坝宽（垂直纸面）的水平作用力。注：上、下游河床为平底，河床摩擦力不计，为方便计算取=1000kg/m3，g=10m/s2。参考答案：解: 以1-1与2-2断面及沿坝面（包括上下游部分河床边界）与水流自由表面所围成的空间作为控制体，并取沿水流方向为X正向。（1）求上、下游断面的流速以河床为基准面，对1-1与2-2断面写能量方程式h1+(P1/g)+(112/2g)= h2+(P2/g)+( 222/2g)+h因为P1= P2= P，h=0，1=2=1，于是h1 +12/2g= h2+22/2g （a）由连续方程，得1 h1=2 h2（b）将h1=1.5m, h2=0.6m代入式（a）和（b），可求得1=1.83m/s, 2=4.58 m/s（2）求1-1断面和2-2断面的动水压力P1=12gbh12=12×1000×10×2×1.52=2.25×104N=22.5KNP2=12gbh22=12×1000×10×2×0.62=0.36×104N=3.6KN（3）计算过水断面的流量Q=A22=0.6×2×4.58=5.50m3/s（4）沿x方向写动量方程式令坝面对水体的反作用力在水平方向的分力为R，方向向左。沿x方向的动量方程为Q（22-11）=P1-P2-RR= P1-P2-Q（2-1）=22.5-3.6-1×5.50×（4.58-1.83） =3.77kN所以坝面对水体的反作用力R的方向与所设的方向相同。水流对坝面的作用力与R大小相等，方向相反。形考作业5一、选择题1管道中液体的雷诺数与（ ）无关。A. 管长 B. 流速C. 管径D. 温度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（ ）。A. 紊流B. 层流C. 层流向紊流过渡 3等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是（ ）。A. 呈椭圆曲线分布B. 呈抛物线分布C. 呈对数线分布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（ ）。A. 1/4倍 B. 1.0倍C. 1/2倍D. 1/3倍5圆管中的层流的沿程损失与管中平均流速的（ ）成正比.A. 一次方B. 二次方 C. 四次方D. 三次方6圆管的水力半径是（ ）。A. d/4B. d/3C. d/2 D. d/57谢才公式中谢才系数的单位是（ ）。A. m1/2/sB. m2/sC. 无量纲D. m3/2/s8判断层流和紊流的临界雷诺数是（ ）。A. 上下临界雷诺数代数平均 B. 上下临界雷诺数几何平均C. 上临界雷诺数D. 下临界雷诺数二、判断题1层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。（）2壁面光滑的管道一定是水力光滑管。（）3在过流断面突变处一般发生局部水头损失。（）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。（）5流体内切应力方向与流体运动方向相同。（）6阻力平方区内阻力系数与雷诺数无关。（）三、简答题1圆管中层流与紊流，其流速分布有什么不同？参考答案：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。参考答案：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:=f(Re)；水力光滑区: =f(Re)；过渡粗糙区:=f(Re,K/d)粗糙区(阻力平方区) :=f(K/d) 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？参考答案：答：管流：Re=vd/v Re<2000 (层流) Re>2000 (紊流)明渠水流：Re=vR/v Re<500 (层流) Re>500 (紊流4雷诺数的物理意义？它为什么能用来判别流态？参考答案：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？参考答案：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？参考答案：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？参考答案：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（请写出计算过程）1有已输油管，管长l=100m,管径d=5cm，已知油的密度=930kg/m3，动力粘滞系数=0.072N·s/m2。当通过输油管的流量Q=0.005 m3/s时，判断液流的流态，计算输油管的沿程水头损失hf。参考答案：解：(1) 计算雷诺数判别流态。(2) 计算沿程阻力系数。(3) 计算沿程水头损失hf。层流沿程水头损失hf=25.74m(油柱)2水管直径d=10mm，管中水流流速v=0.2m/s，水温T=10oC，（1）试判别其流态；（2）若流速与水温不变，管径改变为30mm，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？参考答案：解：（1）查表, 求运动粘滞系数v, 计算雷诺数判别流态。其流态是：层流（2）同上其流态是：紊流（3）设雷诺数等于2000，求管径。d=13.06mm3有一圆管，在管内通过v=0.013cm2/s的水，测得通过的流量为Q=35cm2/s，在管长15m的管段上测得水头损失为2cm，试求该圆管内径d。参考答案：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hf=(l/d)(v2/2g)并化简，代入数据求管径。d=14.2mm4水管直径d=100mm，管中水流流速v=100cm/s，水温T=10oC，试判别其流态。参考答案：解：紊流5凝土明渠中水流为均匀流，水力坡度J=0.0009，明渠底宽为b=2m，水深h=1m，粗糙系数n=0.014，计算明渠中通过的流量（分别用曼宁公式和巴氏公式计算）。参考答案：解：湿周=b+2h=2+2×1=4m面积A=bh=2×1=2m2水力半径R=A/=2/4=0.5m（1）代入曼宁公式 C=1nR16=10.014(0.5)1663.636m12/s代入谢齐公式 v=CRJ=63.636×0.5×0.00091.35m/s明渠中通过的流量Q=Va=1.35×2=2.7m3/s（2）代入巴氏公式由于0.1mR3.0m,符合巴氏公式 y=2.5n-0.13-0.75Rn-0.1 =2.50.014-0.13-0.750.50.014-0.10.156 C=1nRy=10.014×(0.5)0.15664.108m12/s v=CRJ=64.108×0.5×0.00091.36 m/s明渠中通过的流量Q=vA=1.36×2=2.72m3/s6水箱侧壁接出一根由两段不同管径所组成的管路。已知d1=150mm，d2=75mm，l=50m，管道的当量粗糙度=0.6mm，水温为20oC。若管道的出口流速v2=2m/s，求（1）水位H；（2）绘出总水头线和测压管水头线。参考答案：7某一水池，水位恒定，通过一根管径d=100mm、管长l=800m的管道，已知水池水面和管道出口高差H=20m，管道上有两个弯头，每个弯头的局部阻力系数=0.3，管道进口是直角进口（=0.5）管道全长的沿程阻力系数=0.025，试求通过管道的流量。参考答案：解：取管道出口面轴线所在水平面为基准面，列出水箱水面与管道出口间能量方程：H=hf+hj+v2/2g，v为出口流速。由连续性方程，管道速度一致，都为v。其中，hf=hf=（l·v2）/(d·2g) hj有三部分，两个弯头和一个突然缩小，hj=·v2/2g hj=2×0.3×v22g+0.5v2/2gH=hf+hj+v2/2g可写为20m=(0.025×800/0.1+2×0.3+0.5+1) v2/2g计算出V=1.393m/s,流量Q=AV=d24×0.393=0.011m2/s形考作业6一、选择题1虹吸管正常工作，其顶部的真空值一般不大于（ ）水柱高。A. 10mB. 9mC. 7.5m D. 6.0m2短管淹没出流的计算时，作用水头为（ ）。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（ ）。A. 管长=(3-4)d ，作用水头0.75 B. 作用水头大于0.75C. 管长大于3-4倍的管径D. 作用水头小于0.754按短管进行水力计算的管路是（ ）。A. 虹吸管B. 倒虹吸管 C. 环状管网D. 支状管网二、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。（）2长管是指几何长度很长的管道。（）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。（）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。（）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。（）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。（）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？参考答案：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。参考答案：收缩系数：=AC/A流量系数：=Q/(A2gH0) =/流速系数：=1/1+c3外延管嘴的正常工作条件是什么？参考答案：管嘴长：l=（34）d，作用水头：H9.0mH2o。四、计算题（请写出计算过程）1有一虹吸管，作用水头H1=1.5m，H2=2.0m,管长l1=l2=5.0m，管径d1=d2=0.1m，沿程损失系数=0.02，进口设拦污栅，进口局部损失系数1=10.0，弯管局部损失系数2=0.15。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。参考答案：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。Q=0.0117m3/s（P/g）V=3.369mH2o2一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 m3/s，q2=0.08 m3/s，q3=0.05 m3/s，管道的粗糙系数n=0.02。试确定水塔高度H。参考答案：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，C=1nR1/6;=8g/c2;s=8/g2d5;H=slQ2H=15.1m3圆形有压涵管穿过路基，管长l=50m，管径d=1.0m，上下游水位差H=3m，管路沿程阻力系数=0.03，局部阻力系数：进口a=0.5，弯管b=0.65，水下出口=1.0，求通过流量？参考答案：因为河道较宽，忽略上下游流速的影响，以下游水面为基准面列能量方程：H+0+0=0+0+hwH= hw =(ld+a+2b+）v22g=(0.03501+0.5+2×0.65+1)v22g流速：v=13.82×9.81×3=3.936m/s通过流量：Q=vd24=3.9363.14×124=3.09m3/s形考作业7一、选择题1对于管道无压流，当充满度分别为（ ）时，其流量和速度分别达到最大。