水力学第四版第3章思考题答案

3.1雷诺数物理上表示惯性力和粘性力量级的比。层流与湍流的主要区别是各流层之间的液体质点有不断的互相混掺作用，而层流无。涡体的形成是混掺作用产生的根源。涡体能否脱离原流层而掺入邻层，只有当惯性作用一粘滞作用相比强大到一定程度才可能形成湍流所以雷诺数是表征惯性力与粘滞力的比值，这就是可以用雷诺数来判别液体型态的道理。
3.2当流速较小时，各流层的液体质点是有条不紊地运动，互不混杂，称为层流。当流速较大时，各流层的液体质点形成涡体，互相混杂，称为湍流。可用下列量纲判断液流型态：Re=ρvd/μ，其中v、ρ、μ分别为流体的流速、密度与黏性系数，d为一特征长度。
3.3在湍流中，紧靠固体边界附近的地方，因脉动流速很小，由脉动流速产生的附加切应力也很小，而流速梯度却很大，所以粘滞切应力起主导作用，其流态基本上属于层流。因此湍流中不是整个液流都是湍流，在紧靠固体边界表面有一层极薄的层流层存在，该层流层就叫粘性底层。粘性底层的厚度随雷诺数的增加而减小。粘性底层的厚度越大沿程水头损失越大。
3.4不矛盾，湍流中的恒定流是时均恒定流.。瞬时流速虽然有变化，但在足够长时间过程中他的时间平均值是不变的。
3.5尼古拉兹实验说明影响沿程阻力系数的因素与雷诺数有关，C=√(8g/λ)沿程阻力系数越大谢齐系数越小。曼宁公式 C = R^(1/6) / n,式中 n 称为粗糙系数.巴甫洛夫斯基公式 C = _R^y / n 式中y = 2.5√n - 0.13 - 0.75√R(√n - 0.10)。
3.6.转弯延长的布置流量更大，因为增加了△L的水头差根据能量守恒，相应的流速较大，相同管径条件下，流量更大。