流体力学作业3 答案

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0.0114cm 3

/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.s m 21

C. s m 23

D. m 2

8. 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 ）

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λ的变化规律。

答: 尼古拉兹实验揭示了沿程阻力系数λ的变化规律,文字表述或数学公式表述.

层流:(Re)f =λ;水力光滑区: (Re)f =λ;过渡粗糙区: )(Re,

d K f =λ 粗糙区(阻力平方区) : )(d

K f =λ . 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:νvd

=Re 2000Re <(层流) 2000Re > (紊流)

明渠水流: νvR

=Re 500Re <(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m l 100=,管径cm d 5=，已知油的密度3

930m kg =ρ，动力粘滞系数2072.0m s N ⋅=μ。当通过输油管的流量s m Q 3005.0=时，判断液流的流态，计算输油管的沿程水头损失f h 。

解：(1) 计算雷诺数判别流态。

(2) 计算沿程阻力系数λ。

(3) 计算沿程水头损失f h 。

答案：层流 沿程水头损失f h =25.74m(油柱)

2.水管直径mm 10d =，管中水流流速s m 20v /.=，水温C 10T 0

=，（1）试判别其流态；（2）若流速与水温不变，管径改变为mm 30，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ν, 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：mm d 06.13=

3.有一圆管，在管内通过s cm /013.02=ν的水，测得通过的流量为s cm Q /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λ表达式并代入数据；

（2）将上式再代入达西公式g

v d l h f 22

λ=并化简，代入数据求管径。 答案：mm d 2.14=

4.水管直径mm 100d =，管中水流流速s cm 100v /=，水温C 10T 0

=，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m 2b =，水深m 1h =，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，

① 计算出水力要素：面积A ，湿周χ，水力半径R ，

② 用曼宁公式和巴氏公式计算谢齐系数C ，

③ 谢齐公式计算流速；

④ 计算量

答案：s m Q /7.23=（用曼宁公式计算）

s m Q /03.33= （用巴氏公式计算）