第四章 層流和紊流及水流阻力和水頭損失

1、第四章層流和紊流及水流阻力和水頭損失1、紊流光滑區(qū)的沿程水頭損失系數(shù) l 僅與雷諾數(shù)有關(guān)，而與相對(duì)粗糙度無(wú)關(guān)。 ( )2、圓管紊流的動(dòng)能校正系數(shù)大于層流的動(dòng)能校正系數(shù)。 ( )3、紊流中存在各種大小不同的渦體。 ( )4、紊流運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)間不斷地變化，所以紊流不能按恒定流來(lái)處理。 ( )5、謝才公式既適用于有壓流，也適用于無(wú)壓流。 ( )6、只能代表 X 方向的紊流時(shí)均附加切應(yīng)力。 ( )7、臨界雷諾數(shù)隨管徑增大而增大。 ( )8、在紊流粗糙區(qū)中，對(duì)同一材料的管道，管徑越小，則沿程水頭損失系數(shù)越大。 ( )9、圓管中運(yùn)動(dòng)液流的下臨界雷諾數(shù)與液體的種類及管徑有關(guān)。 ( ) 10、管道突然擴(kuò)大的局

2、部水頭損失系數(shù) z 的公式是在沒(méi)有任何假設(shè)的情況下導(dǎo)出的。 ( )11、液體的粘性是引起液流水頭損失的根源。 ( )11、不論是均勻?qū)恿骰蚓鶆蛭闪?，其過(guò)水?dāng)嗝嫔系那袘?yīng)力都是按線性規(guī)律分布的。 ( )12、公式 即適用于管流，也適用于明渠水流。 ( )13、在逐漸收縮的管道中，雷諾數(shù)沿程減小。 ( )14、管壁光滑的管子一定是水力光滑管。 ( )15、在恒定紊流中時(shí)均流速不隨時(shí)間變化。 ( )16、恒定均勻流中，沿程水頭損失 hf 總是與流速的平方成正比。 ( )17、粘性底層的厚度沿流程增大。 ( )18、阻力平方區(qū)的沿程水頭損失系數(shù) 與斷面平均流速 v 的平方成正比。 ( )19、當(dāng)管徑和流

3、量一定時(shí)，粘度越小，越容易從層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鳌?( )20、紊流的脈動(dòng)流速必為正值。 ( )21、繞流阻力可分為摩擦阻力和壓強(qiáng)阻力。 ( )22、有一管流，屬于紊流粗糙區(qū)，其粘滯底層厚度隨液體溫度升高而減小。 ( )23、當(dāng)管流過(guò)水?dāng)嗝媪魉俜蠈?duì)數(shù)規(guī)律分布時(shí)，管中水流為層流。 ( )24、沿程水頭損失系數(shù)總是隨流速的增大而增大。 ( )25、邊界層內(nèi)的流動(dòng)也有層流與紊流之分。 ( )26、當(dāng)雷諾數(shù) Re很大時(shí)，在紊流核心區(qū)中，切應(yīng)力中的粘滯切應(yīng)力可以忽略。 ( )27、其它條件不變，層流內(nèi)摩擦力隨壓力的增大而 （ ） 增大 ； 減小 ； 不變 ； 不定 。28、按普朗特動(dòng)量傳遞理論， 紊流的斷面

4、流速分布規(guī)律符合 ( )( 1 ) 對(duì)數(shù)分布 ； ( 2 ) 橢圓分布 ； ( 3 ) 拋物線分布 ； ( 4 ) 直線分布 。 29、其它條件不變，層流切應(yīng)力隨液體溫度的升高而 ( )( 1 ) 增大 ； ( 2 ) 減小 ； ( 3 ) 不變 ； ( 4 ) 不定 。30、其它條件不變，液體雷諾數(shù)隨溫度的增大而 ( )( 1 ) 增大 ； ( 2 ) 減小 ； ( 3 ) 不變 ； ( 4 ) 不定 。31、謝才系數(shù) C 與沿程水頭損失系數(shù) l 的關(guān)系為 ( )( 1 ) C 與 l 成正比 ； ( 2 ) C 與 1/ l 成正比； ( 3 ) C 與 l2 成正比； ( 4 ) C 與

5、 成正比 。32、A、B 兩根圓形輸水管，管徑相同，雷諾數(shù)相同，A管為熱水，B管為冷水，則兩管流量 ( )( 1 ) qvA > qvB ; ( 2 ) qvA qvB ; ( 3 ) qvA < qvB ； ( 4 )不能確定大小 。33、圓管紊流附加切應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在 ( )( 1 ) 管壁 ； ( 2 ) 管中心 ； ( 3 ) 管中心與管壁之間 ； ( 4 ) 無(wú)最大值 。34、粘滯底層厚度 d 隨 Re 的增大而 ( )( 1 ) 增大 ； ( 2 ) 減小 ；( 3 ) 不變 ； ( 4 ) 不定 。35、管道斷面面積均為 A (相等)，斷面形狀分別為圓形、方形和矩形

6、，其中水流為恒定均勻流，水力坡度 J 相同，則三者的邊壁切應(yīng)力的相互關(guān)系如下，如果沿程阻力系數(shù)l也相等，則三管道通過(guò)的流量的相互關(guān)系如下：( )( 1 ) 圓 > 方 > 矩 ，圓 > 方 > 矩 ； ( 2 ) 圓 < 方 < 矩 ，圓 < 方 < 矩 ；( 3 ) 圓 > 方 > 矩 ，圓 < 方 < 矩 ；( 4 ) 圓 < 方 < 矩 ，圓 > 方 > 矩 。36、圓管均勻?qū)恿髋c圓管均勻紊流的 ( )( 1 ) 斷面流速分布規(guī)律相同 ； ( 2 ) 斷面上切應(yīng)力分布規(guī)律相同 ；( 3 ) 斷

7、面上壓強(qiáng)平均值相同 ； ( 4 ) 水力坡度相同 。37、紊流內(nèi)部結(jié)構(gòu)分區(qū)的判別參數(shù)是 ( )( 1 ) 管壁絕對(duì)粗糙度 ； ( 2 ) 管壁相對(duì)粗糙度 ；( 3 ) 粘滯底層厚度與管壁絕對(duì)粗糙度之比 ； ( 4 ) 雷諾數(shù) 。38、圖示兩管道的管長(zhǎng) L 、管徑 d 、流量 qv 及水溫均相同，但測(cè)壓管 水面差 h1 >h2 ,則兩管糙率 n1 與n2 的關(guān)系為( )( 1 ) n1 > n2； ( 2 ) n1 < n2 ； ( 3 ) n1 = n2 ； ( 4 ) 無(wú)法確定 。39、謝才系數(shù) C 的量綱是： ( ) ( 1 ) ； ( 2 ) ； ( 3 ) ； ( 4

8、 ) 1 無(wú)量綱量。40、如圖A、B二種截面管道，已知二管長(zhǎng)度相同，通過(guò)流量相同，沿程水頭損失系數(shù)相同，則二管道的沿程水頭損失 ( ) ( 1) hfA > hfB； ( 2) hfA = hfB； ( 3) hfA < hfB ； ( 4) 尚不能確定大小。41、邊界層的外邊界線可看成是 ( )( 1) 一條流線 ； ( 2) 一條跡線 ； ( 3) 有旋流動(dòng)與有勢(shì)流動(dòng)的分界線； ( 4) 層流與紊流的分界線。42、紊流附加切應(yīng)力等號(hào)右端的負(fù)號(hào)是由于_。43、圓管沿程水頭損失系數(shù) l 的影響因素分別是：層流 lf ( )紊流光滑區(qū) lf ( )紊流過(guò)渡區(qū) lf ( ) 紊流粗糙區(qū)

9、 lf ( )44、水流臨界雷諾數(shù)可以作為判別流動(dòng)形態(tài)的準(zhǔn)則數(shù)。圓管流的臨界雷諾數(shù)Re=_，明槽流的臨界雷諾數(shù) Re=_。45、在紊流光滑區(qū)，沿程水頭損失系數(shù) l 與相對(duì)粗糙度無(wú)關(guān)的原因是_.。46、紊流形態(tài)可分為三個(gè)流區(qū)，其判別標(biāo)準(zhǔn)是：光滑區(qū)_，過(guò)渡區(qū)_， 粗糙區(qū) _。47、底寬與水深均為 a 的矩形斷面明渠和邊長(zhǎng)為 a 的正方形管道中通過(guò)水流時(shí)，假定水力坡度 相同，試求它 們的邊壁切應(yīng)力之比 ;再假定沿程水頭損失系數(shù) l 亦相同，求它們的流量之比 qv1qv2。（； ）48、動(dòng)力粘滯系數(shù)為 m 的液體在寬度為 b 的矩形斷面明渠中作層流運(yùn)動(dòng)。已知液體深度為 h ，流速分別方程 v=v01-

10、(y/h)2 ，式中 v0 為表面流速。坐標(biāo) y 由液面鉛直向下。若 m、b、v0 為已知，求：(1) 斷面平均流速；(2) 渠底切應(yīng)力。 （(1) (2) t底 = ） 49、導(dǎo)出直徑為 d 的圓管的沿程水頭損失系數(shù) l與管壁糙率 n之間的關(guān)系式。設(shè)水流處于阻力平方區(qū)。（）50、圓管中的流速分布為。式中：為管中最大流速；為管道半徑，為任一液層處的半徑。試計(jì)算：(1)斷面平均流速 v 與 的比值； （0.817）(2)點(diǎn)流速恰等于斷面平均流速處的半徑 與的比值。 （0.757）51、有一圓形斷面輸水隧洞，長(zhǎng)度 L=500 m，直徑 d=5 m。當(dāng)通過(guò)流量 qv=200 m3/s時(shí)，沿程水頭損失

11、 hv=7.58 m。求沿程水頭損失系數(shù)l。 （0.0143） 52、圖示為一傾斜放置的等直徑輸水管道。已知管徑 d=200 mm，A、B兩點(diǎn)之間的管長(zhǎng) l=2 m，高差 Dz=0.2 m。油的重度 rg=8600 N/m3。求：(1) A、B兩點(diǎn)之間的沿程水頭損失hf ； （0.0245m） (2)A、B兩點(diǎn)的測(cè)壓管水頭差； （0.0245m） (3)圓管邊壁的切應(yīng)力 t0，并繪出圓管斷面的切應(yīng)力分布圖。 （6N/m2） 53、帶有兩個(gè) 90。轉(zhuǎn)彎的管道，直徑 d = 100 mm，長(zhǎng)度 l = 10 m，沿程水頭損失系數(shù) = 0.037，轉(zhuǎn)彎的局部 水頭損失系數(shù) = 0.29，現(xiàn)取消兩彎段

12、，但管長(zhǎng)和管段兩端的總水頭差均不變。問(wèn)流量能增加百分之幾？ （7.6%）54、流速由 v1 變?yōu)?v2 的突然擴(kuò)大管道，為了減小水頭損失，可分為兩次擴(kuò)大，如圖所示。問(wèn)中間段流速 v 取多大時(shí)，所產(chǎn)生的局部水頭損失最??？比一次擴(kuò)大的水頭損失小多少？（；=）55、如圖管道出口段長(zhǎng) l = 2 m，d = 0.1 m ，通過(guò) r = 1000 kg/m3 的流體，流量 qv = 0.02 m3/s，已知 h = 1.8 m，求 1) 管道壁面切應(yīng)力 tw；2) 該管段的沿程水頭損失系數(shù) l 。 （ N/m2； ）56、在直徑 d = 32 mm 的管路中，流動(dòng)著液壓油，已知流量為 3 l/s，油液運(yùn)

13、動(dòng)粘度 u = 30 ´ 10-2 cm2/s ，試確定 ：1) 流動(dòng)狀態(tài) ; 2) 在此溫度下油的臨界速度。 （紊流 ； =1.88 m/s）57、用管徑 d = 75 mm 的管道輸送重油，已知 rg1 = 8.83 kN/m3，運(yùn)動(dòng)粘度 n1 = 0.9 cm2/s，如在管軸線 上裝水銀壓差計(jì)的畢托管，水銀液面高差 hp = 20mm，求重油流量。 rg2 = 133.38 kN/m3 (下標(biāo) 1為油，下標(biāo) 2 為 水銀)（ l/s）58、圓管直徑 d = 15 cm ，平均流速 v = 1.5 m/s，水溫 t = 18。C，n = 0.01062 cm2/s，已知沿程阻力系

14、數(shù) l = 0.03，試求粘滯底層厚度。若水流速度提高至 3.0 m/s ，d0 如何變化？又若流速不變，管徑增大到 30 cm，d0又 如何 變化？(d0 =) （1) d0=0.0134 cm 2) d0= 3) d0=）59、油的流量 qv = 7.7 ml/s， 通過(guò)直徑 d = 6 mm 的細(xì)管， 在 l = 2 m 長(zhǎng)的管段兩端裝有水銀壓差計(jì)， 壓差計(jì)讀數(shù) h = 18 cm，已知水銀 rhg = 133.38 kN/m3，油的 rog = 8.43 kN/m3，求油的運(yùn)動(dòng)粘度。 （）60、水平管直徑 d=100 mm，管中裝一蝶閥。為測(cè)定蝶閥的局部水頭損失系數(shù) z，在蝶閥前后設(shè)有

15、 U 形水 銀壓差計(jì)，如圖所示，當(dāng)管中通過(guò)流量 qv=15.7 升/秒時(shí)，水銀柱高差 h=500 mm， 設(shè)沿程水頭損失 可以 不計(jì)，求蝶閥在該開(kāi)度時(shí)的局部水頭損失系數(shù)。 （）61、適用時(shí)均流速分布的指數(shù)型公式 ，證明二元明渠流的動(dòng)能校正系數(shù)為 。 式中 為斷面上時(shí)均最大流速，h為水深，y為從壁面到該點(diǎn)的距離，n為指數(shù)。 62、證明在推導(dǎo)圓管突然擴(kuò)大局部水頭損失過(guò)程中，如果考慮壁面摩擦力(單位面積上的摩擦力為 t0)和沿程損 失 ， 所得結(jié)果與略去摩擦力和不計(jì)沿程損失的結(jié)果相同。 63、若沿程水頭損失系數(shù) l 被取值的誤差為20%，問(wèn)當(dāng) hf 為常數(shù)時(shí)，相應(yīng)計(jì)算出的流量誤差有多大？ （10%）

16、64、某灌溉系統(tǒng)的塑料管道，管徑 d=50 mm，管長(zhǎng) l=5 m。已測(cè)得 20 秒內(nèi)出口出水量為 200 升，管道首末測(cè) 壓管水頭差為 0.5 m，求管道糙率 n 和相應(yīng)的沿程水頭損失系數(shù) l。 （； ）65、圖示管道出口段長(zhǎng) l=10 m，直徑 d=0.1m，通過(guò)密度 r=1000 kg/m3的流體，流量 qv=0.02 m3/s。已知 h=0.2 m，hm=0.1 m，rHg=13.6r，求：1)管道壁面切應(yīng)力 tw；2) 該管段的沿程水頭損失系數(shù) l 。 （；0.032）66、某管道的直徑，通過(guò)流量的水，水溫為200C；該管通過(guò)相同流量的重燃油，其運(yùn)動(dòng)粘度，試判斷以上兩種情況的流態(tài)。

17、67、有一梯形斷面的排水溝，底寬，斷面的邊坡系數(shù)為1：1.5（如圖示）。當(dāng)水深，斷面平均流速，水溫為200C，試判別水流流態(tài)。如果水溫和水深都保持不變，問(wèn)斷面平均流速減到多少時(shí)水流方為層流？ （Vmax=0.21cm/s）11.568、有一送風(fēng)系統(tǒng)，輸送空氣的管道直徑，管內(nèi)的斷面平均流速，空氣溫度為100C。試判斷空氣在管內(nèi)的流動(dòng)形態(tài)。如果輸氣管的直徑改為100mm，求管道內(nèi)維持紊流時(shí)的最小斷面平均流速。（vC=0.282m/s）69、在水深為h的寬矩形明槽中，水流維持恒定均勻紊流，利用紊流普適流速分布律公式（4-2-23）推導(dǎo)寬矩形明槽斷面平均流速的表達(dá)式，并計(jì)算水面以下何處的時(shí)均點(diǎn)流速等于

18、其斷面平均流速。70、用高靈敏度的測(cè)速設(shè)備測(cè)得水流中A點(diǎn)的縱向和垂向的瞬時(shí)速度和，見(jiàn)下表，表中數(shù)據(jù)是每隔0.5s測(cè)得的結(jié)果。斷面平均流速為2.02m/s，試計(jì)算該點(diǎn)的（1）時(shí)均流速和；（2）縱向和垂向的相對(duì)紊動(dòng)強(qiáng)度；（3）紊動(dòng)附加切應(yīng)力。如果A點(diǎn)的流速梯度，求A點(diǎn)的混合長(zhǎng)度。渦粘度（即紊動(dòng)動(dòng)力粘性系數(shù)）及渦運(yùn)動(dòng)粘度（即紊動(dòng)運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)），水溫為200C，試將、與相比較，兩者差別究竟有多大？（1）2.02m/s；0；（2）0.111；0.0677；（3）27.33N/m2；（4）0.6364m；105NS/m2；0.1053m2/s（5）測(cè)次123451.882.052.342.302.170.

19、10-0.06-0.21-0.190.12測(cè)次6789101.741.621.931.982.190.180.210.06-0.04-0.10 A點(diǎn)瞬時(shí)流速測(cè)定值（單位：m/s）71、有一供實(shí)驗(yàn)用的圓管，直徑為15mm，今進(jìn)行沿程水頭損失試驗(yàn)，量測(cè)段管長(zhǎng)為4.0m，試問(wèn)：（1）當(dāng)流量時(shí)，水流所處的流態(tài)，并計(jì)算該量測(cè)段的沿程水頭損失；（2）當(dāng)水流處于由紊流至層流的臨界轉(zhuǎn)變點(diǎn)時(shí)，量測(cè)段的流量和沿程水頭損失各為多少？設(shè)水溫為400C。（1）0.0103m；（2）0.000037m3/s；0.0191m）72、直徑的管道長(zhǎng)，輸送重度的重油，其重量流量（h為小時(shí)），試計(jì)算油溫從（運(yùn)動(dòng)粘度）變到（）時(shí)，管

20、道的損失功率的變化。并說(shuō)明你做完此題后得到的啟示。 （hf1=438m,N1=289KW, hf2=23.6m, N2=17.35KW）73、半徑的輸水管在水溫下進(jìn)行試驗(yàn)，所得數(shù)據(jù)為斷面平均流速及沿程水頭損失系數(shù)。求（1）和處的切應(yīng)力；（2）如果流速分布曲線在處的時(shí)均流速梯度為4.34/s，該點(diǎn)的粘性切應(yīng)力和紊流附加切應(yīng)力；（3）設(shè)混合長(zhǎng)度采用沙特克維奇公式，試求處的混合長(zhǎng)度和卡門常數(shù)。 （(1) =8.45Pa , =0(r=0時(shí))；(2)1=4.94×10-3Pa , 2=8.445Pa；(3)l=0.021m, =0.39597）74、若要一次測(cè)得圓管層流的斷面平均流速，試問(wèn)比

21、托管應(yīng)放在距離管軸多遠(yuǎn)處？ （r=0.707r0）75、有三個(gè)管道，其斷面形狀分別為如圖示的圓形、正方形和矩形，它們的過(guò)水?dāng)嗝娣e相等，水力坡度也相等。試求：（1）三者邊壁上的平均切應(yīng)力之比；（2）當(dāng)沿程水頭損失系數(shù)相等時(shí)，三者的流量之比。 （1）1.0:0.886:0.837；（2）1.0:0.9461:0.915）76、推求圓管和寬矩形明槽在層流流速分布條件下的動(dòng)量修正系數(shù)。 （圓管=1.33 , 寬矩形=1.2）77、若圓管紊流光滑區(qū)的流速分布服從指數(shù)規(guī)律，即有。求證動(dòng)能修正系數(shù)和動(dòng)量修正系數(shù)分別為： 和 ,并推求混合長(zhǎng)度的數(shù)學(xué)表達(dá)式.78 、推求指數(shù)流速分布條件下的寬矩形明槽的及混合長(zhǎng)度

22、的表達(dá)式. （= , =）79 、根據(jù)例題4-12所提供的數(shù)據(jù),計(jì)算從左水箱到右水箱的連接管的所有水頭損失的數(shù)據(jù),繪制水頭線圖.80 、有甲乙兩輸水管,甲管直徑為200mm,當(dāng)量粗糙度為0.86mm,流量為0.00094;乙管直徑為40mm,當(dāng)量粗糙度為0.19mm,流量為0.0035,水溫為150C,試判別兩根管中水流處于何種流區(qū)。如果處于水力光滑區(qū)請(qǐng)用布拉休斯公式計(jì)算;如果處于過(guò)渡區(qū)可先用Jain公式計(jì)算.最后計(jì)算兩管的水力坡度。 （甲管:光滑區(qū) J=0.00000852；乙管:紊流過(guò)度區(qū),=0.0311 ,J=0.308）81 、有三根直徑相同的輸水管,直徑,通過(guò)的流量均為,管長(zhǎng)均為,各

23、管的當(dāng)量粗糙度分別為,水溫為200C,用查穆迪圖的方法求各管中的沿程水頭損失,水力坡度,摩阻流速和各管中的損失功率. （hf1=38.7m,J1=0.0387 ,u*1=0.0974m/s,N1=5.689KW； hf2=55.837m,J2=0.0558 ,u*2=0.117m/s,N2=8.207KW； hf3=106.1m,J3=0.106 ,u*3=0.161m/s,N3=15.6KW）82、試根據(jù)圓管層流中的公式，水力光滑管中公式及完全粗糙區(qū)的分析沿程水頭損失與斷面平均流速之間的關(guān)系。 83、有一梯形斷面的渠道，已知：底寬，均勻流水深，邊坡系數(shù)1：1，渠道的粗糙系數(shù)（即糙率），通過(guò)的流量，試求在每公里渠道長(zhǎng)度上的水頭損失及摩阻流速和沿程水頭損失系數(shù)。（每千米長(zhǎng)渠上損失沿程水頭0.148m,u*=0.0553m/s,=0.0245）84、如圖示有兩個(gè)水池。其底部以一水管連通。在恒定的水面差的作用下，水從左水池流入右水池。水管直徑，當(dāng)量粗糙度，管總長(zhǎng)，直角進(jìn)口，閘閥的相對(duì)開(kāi)度為，900緩彎管的轉(zhuǎn)變半徑，水溫為200C，管中流量為。求兩水池水面的高差。可以認(rèn)為出水池（即右水池）的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e遠(yuǎn)大于水管的