(11.2.7)-7 湍流的摩擦阻力局部阻力

1、計(jì)算管道流體局部阻力的方法有：___________、_________________，其相應(yīng)的阻力計(jì)算公式為：_____________________、_____________________?！敬稹慨?dāng)量長(zhǎng)度法；阻力系數(shù)法；hf'2、什么是局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度？【答】能產(chǎn)生與某局部阻力相當(dāng)?shù)闹惫荛L(zhǎng)度，稱為該局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度。3、減少流體在管路中流動(dòng)阻力hf的措施有：_________________________、________________________________、_________________________?！敬稹抗苈繁M可能短、盡量走直線；減少不必要的管件、閥門(mén)；增大管徑為減少吸入管路的阻力損失，一般應(yīng)使吸入管徑小于排出管徑（）。【答】×4、當(dāng)Re為已知時(shí)，流體在圓形管內(nèi)呈層流時(shí)的摩擦系數(shù)λ=__________，在管內(nèi)呈湍流時(shí)，摩擦系數(shù)λ與____________、_____________有關(guān)。【答】64/Re；Re；ε/d5、Re、Nu、Pr等準(zhǔn)數(shù)用不同單位制進(jìn)行計(jì)算，所算得的各準(zhǔn)數(shù)的數(shù)值________。【答】相等6、流體在圓形直管內(nèi)作滯流流動(dòng)時(shí)的速度分布是____________形曲線，中心最大速度為平均速度的________倍，摩擦系數(shù)與____________________無(wú)關(guān)，只隨_________加大而__________?！敬稹繏佄锞€；2；管壁粗糙度；Re；減小7、水由敞口恒液位的高位槽通過(guò)一管道流向壓力恒定的反應(yīng)器，當(dāng)管道上的閥門(mén)開(kāi)度減小后，水流量將__________，摩擦系數(shù)____________，管道總阻力損失________（增大、減小、不變、不確定）?！敬稹繙p?。辉龃?；不變分析：高位槽與常壓反應(yīng)器外側(cè)之間列伯努利方程：gZ=u2/2+p/ρ+總阻力（u=0，p=常壓），→gZ=總阻力等式左側(cè)不變，右側(cè)：總阻力不變。閥門(mén)開(kāi)度減小→流量減小，局部阻力系數(shù)增大，流速減小，根據(jù)范寧公式，λ增大。9、流體在一段圓形水平直管中流動(dòng)，測(cè)得平均流速為0.5m/s，壓強(qiáng)降為10Pa，Re為1000，問(wèn)管中心處點(diǎn)速度為_(kāi)_____m/s，若流速增加為1m/s，則壓強(qiáng)降為_(kāi)_____Pa?！敬稹?m/s；20PaRe=1000→層流，u=0.5umax，umax=1m/s，dρ/μ=2000→新的Re=2000，層流哈根-泊稷葉公式，阻力=32μlu/d2=10→μl/d2=10/16→新的阻力=32×10/16=2010、流體在圓管內(nèi)流動(dòng)阻力主要有沿程阻力和局部阻力。（）【答】√11、圓形直管內(nèi)，Vs一定，設(shè)計(jì)時(shí)若將d增加一倍，則層流時(shí)hf是原值的倍，高度湍流時(shí)，hf是原值的倍（忽略管壁相對(duì)粗糙度的影響）?！敬稹?/16倍，1/32倍層流，哈根-泊稷葉公式；湍流，范寧公式12、某水平直管中，輸水時(shí)流量為Vs，今改為輸2Vs的有機(jī)物，且μ=2μ水，ρ=0.5ρ水，設(shè)兩種輸液下，流體均處于高度湍流狀態(tài)，則阻力損失為水的倍；管路兩端壓差為水的倍?！敬稹?，2d不變，，水平直管，，，13、已知圖示均勻直管管路中輸送水，在A、B兩測(cè)壓點(diǎn)間裝一U形管壓差計(jì)，指示液為水銀，讀數(shù)為R（圖示為正）。則：（1）R0（>，=，<）（2）A、B兩點(diǎn)的壓差Δp=Pa。（3）流體流經(jīng)A、B點(diǎn)間的阻力損失hf為J/kg。（4）若將水管水平放置，U形管壓差計(jì)仍豎直，則R，Δp，hf有何變化？【答】（1）R>0，U形管的示數(shù)表明A-B能量損失，能量損失為正，故R>0（2）B靜力學(xué)方程（3）列伯努利方程，（4）不變，，不變。14、下面關(guān)于因次分析法的說(shuō)法中不正確的是（）。A.只有無(wú)法列出描述物理現(xiàn)象的微分方程時(shí)，才采用因次分析法；B.因次分析法提供了找出復(fù)雜物理現(xiàn)象規(guī)律的可能性；C.因次分析法證明：無(wú)論多么復(fù)雜的過(guò)程，都可以通過(guò)理論分析的方法來(lái)解決；D.因次分析法能解決的問(wèn)題普通實(shí)驗(yàn)方法也同樣可以解決【答】C、D分析：首先，因次分析所要解決的正是那些不能完全用理論分析方法建立關(guān)系式或者無(wú)法用數(shù)學(xué)方法求解方程式的復(fù)雜問(wèn)題。其次，對(duì)一些復(fù)雜的、影響因素較多的物理現(xiàn)象，普通實(shí)驗(yàn)方法是無(wú)法解決的。例如流體因內(nèi)磨擦力而產(chǎn)生的壓降?pf與管徑、管長(zhǎng)、粘度、密度及流速等有關(guān)?，F(xiàn)在要找出?pf與d、l、μ、ρ、u中任一變量的關(guān)系，如果采用普通的實(shí)驗(yàn)方法，假定每個(gè)變量只取10個(gè)實(shí)驗(yàn)值，則整個(gè)實(shí)驗(yàn)要做因次分析法將單個(gè)變量組成無(wú)因次數(shù)群后，大大減少了變量的個(gè)數(shù)和實(shí)驗(yàn)次數(shù)，使實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理工作成為可能。實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)群之間的定量關(guān)系，在工程上與理論公式具有同等的重要性。15、因次分析法的依據(jù)是?！敬稹恳虼我恢滦栽瓌t16、流體在直管內(nèi)流動(dòng)造成的阻力損失的根本原因是?！敬稹苛黧w具有粘性17、一無(wú)變徑管路由水平段、垂直段和傾斜段串聯(lián)而成，在等長(zhǎng)度的A、B、C三段兩端各安一U形管壓差計(jì)。設(shè)指示液和被測(cè)流體的密度分別ρ0和ρ，當(dāng)流體自下而上流過(guò)管路時(shí)，試問(wèn)：（1）A、B、C三段的流動(dòng)阻力是否相同？（2）A、B、C三段的壓差是否相同？（3）3個(gè)壓差計(jì)的讀數(shù)RA、RB、RC是否相同？試加以論證?！敬稹浚?）因流動(dòng)阻力，該管路A、B、C3段的λ、d、l、u均相同，∴（2）在A、B、C三段的上、下游截面間列柏努利方程式：化簡(jiǎn)，得A段：ΔpA=B段：ΔpBC段：Δpc=p5比較上面3式： （3）由流體靜力學(xué)基本方程式A段：ΔpB段：ΔpB=pC段：Δpc整理，得 （d） （e） （f） 將（a）、（b）、（c）3式分別代入式（d）、（e）、（f）： 由（1）知∴ 分析：由題（1）、（2）的結(jié)論已經(jīng)知道：R所包含的不光是兩個(gè)測(cè)壓點(diǎn)壓強(qiáng)的變化，還包含位能的變化。實(shí)際上，R所代表的僅僅是流動(dòng)阻力。如果概念清楚，由可直接得出的結(jié)論。 本題還說(shuō)明，流動(dòng)阻力的大小與管段排列方式無(wú)關(guān)，但壓差卻與管段排列方式有關(guān)。這是因?yàn)楣芏蝺啥蔚膲簭?qiáng)差不僅要克服流動(dòng)阻力，還要克服位頭的變化，所以液體自下而上流動(dòng)時(shí)，壓差大于水平管。18、若流動(dòng)在阻力平方區(qū)內(nèi)流動(dòng)，摩擦系數(shù)是_____________函數(shù)，與_____________無(wú)關(guān)。【答】ε/d；Re19、流速在阻力平方區(qū)流動(dòng)時(shí)的摩擦阻力（）。A.不變B.隨流速加大而加大C.與u1.25成比例D.與u2成比例【答】D20、流體在一段水平管中流動(dòng)，測(cè)得平均速度0.5，壓強(qiáng)降為10Pa，雷諾數(shù)為1000，則管中心線速度為。若平均速度1，則壓強(qiáng)降變?yōu)镻a。【答】1；20分析：層流，u=2umax?p=32μlud2→21、流體在阻力平方區(qū)流動(dòng)，若其他條件不變，其壓降隨著管子的相對(duì)粗糙度增加而，隨著流體密度的增大而。填寫(xiě)：增大，減小，不變，不確定【答】增大；增大分析：?p=λ22、入管口的局部阻力系數(shù)等于，出管口的局部阻力系數(shù)等于?！敬稹?.5；1.023、某液體密度800kg/m3，黏度73cP，在連接兩容器間的光滑管中流動(dòng)，管徑300mm，總長(zhǎng)50m（包括局部當(dāng)量長(zhǎng)度），兩容器液面差3.2m，求：（1）管內(nèi)流量；（2）若在連接管口裝一閥門(mén)，調(diào)節(jié)此閥的開(kāi)度使流量減為原來(lái)的一半，閥的局部阻力系數(shù)是多少？（設(shè)流體流動(dòng)為湍流，摩擦系數(shù)符合柏拉修斯公式λ＝0.3164/Re0.25）【答】解：p1=-p2u1=u2d=0.3m(Z1-Z2)=3.2mgZ1+u12/2+p1/ρ+We=gZ2+u22/2+p2/g+∑hfg(Z1-Z2)=∑hf=(0.3164/Re0.25)(l/d)(u2/2)9.81×3.2=(0.3164/Re0.25)(50/0.3)(u2/2)∴u=3.513m/s(2)g(Z1-Z2)=∑hf=(0.3164/Re0.25(l/d)+ζ)(u2/2)u=3.513/2=1.7565∴ζ=14.324、水由高位槽流入貯水池，若水管總長(zhǎng)(包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度在內(nèi))縮短25%，而高位槽水面與貯水池水面的位差保持不變，假定流體完全湍流流動(dòng)(即流動(dòng)在阻力平方區(qū))不變，則水的流量變?yōu)樵瓉?lái)的倍?！敬稹?.155解：在高位槽液面與貯水池液面間列伯努利方程g水管總長(zhǎng)改變前、改變后的管路的阻力損失分別為，，