流体力学_龙天渝_流动阻力和水头损失

第四章流动阻力和水头损失
一、复习思考题
二、习题
1、选择题
2、计算题
一、复习思考题
1．怎样判别粘性流体的两种液态——层流和紊流？
2．为何不能直接用临界流速作为判别液态（层流和紊流）的标准？3．常温下，水和空气在相同的直径的管道中以相同的速度流动，哪种流体易为紊流？
4．怎样理解层流和紊流切应力的产生和变化规律不同，而均匀流动方程式
对两种液态都适用？
5．紊流的瞬时流速、时均流速、脉运流速、断面平均流速有何联系和区别？
6．何谓粘性底层？它对实际流动有何意义？
7．紊流不同阻力区（光滑区，过渡区，粗糙区）沿程摩擦阻力系数
的影响因素何不同？
8．什么是当量粗糙？当量粗糙高度是怎样得到的？
9．比较圆管层流和紊流水力特点（切应力、流速分布、沿程水头损失、没种摩系数）的差异。

10．造成局部水头损失的主要原因是什么？
11．什么是边界层？提出边界层概念对水力学研究有何意义？
12．何谓绕流阻力，怎样计算？
二、习题
1、选择题
4-1水在垂直管内由上向下流动，测压管水头差h，两断面间沿程水头损失，则：
（a）h f=h；
（b）h f=h+l；
（c）h f=l－h；
（d）h f=l。

4-2圆管流动过流断面上切应力分布为：
（a）在过流断面上是常数；
（b）管轴处是零，且与半径成正比；
（c）管壁处是零，向管轴线性增大；
（d）按抛物线分布。

4-3在圆管流中，紊流的断面流速分布符合（）：
（a）均匀规律；
（b）直线变化规律；
（c）抛物线规律；
（d）对数曲线规律。

4-4在圆管流中，层流的断面流速分布符合（）：
（a）均匀规律；
（b）直线变化规律；
（c）抛物线规律；
（d）对数曲线规律。

4-5半圆形明渠半径r0=4m，水力半径为（）：
（a）4m；
（b）3m；
（c）2m；
（d）1m。

4-6变直径管流，细断面直径为d1，粗断面直径d2=2d1，粗细断面雷诺数的关系是（）：
（a）Re1=0.5 Re2；
（b）Re1= Re2；
（c）Re1=1.5 Re2；
（d）Re1=2 Re2。

4-7圆管层流，实测管轴线上流速为4m/s，则断面平均流速为（）：（a）4 m/s；
（b）3 .2m/s；
（c）2 m/s；
（d）1 m/s。

4-8圆管紊流过渡区的沿程摩阻系数λ（）：
（a）与雷诺数Re有关；
（b）与管壁相对粗糙k s/d有关；
（c）与Re及k s/d有关；
（d）与Re和管长L有关。

4-9圆管紊流粗糙区的沿程摩阻系数λ（）：
（a）与雷诺数Re有关；
（b）与管壁相对粗糙k s/d有关；
（c）与Re及k s/d有关；
（d）与Re和管长L有关。

4-10工业管道的沿程摩阻系数λ，在紊流过渡区随雷诺数的增加（）：
（a）增加；
（b）减小；
（c）不变；
（d）不定。

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2、计算题
4-11水管直径d=10cm，管中流速v=1m/s，水温为10℃，试判别流态。

又流速等于多少时，流态将发生变化？（紊流；υc=0.0301m/s）4-12通风管径直径为250mm，输送的空气温度为20℃，试求保持层流的最大流量。

若输送空气的质量流量为200kg/h，其流态是层流还是紊流？（7.087L/s；紊流）
4-13有一矩形断面的小排水沟，水深15cm，底宽20cm，流速0.15m/s，水温10℃，试判别流态。

（紊流）
4-14输油管的直径d=150mm，Q=16.3m3/h，油的运动粘度ν=0.2cm2/s，试求每公里管长的沿程水头损失。

（0.743m）4-15应用细管式粘度计测定油的粘度。

已知细管直径d=6mm，测量段长l=2m，实测油的流量Q=77cm3/s，水银压差计读值h=30cm，油的密
度ρ=901kg/m3。

试求油的运动粘度ν和动力粘度μ。

（0.743cm2/s
μ=8.56×10-6m2／s）
4-16为了测定圆管内径，在管内通过运动粘度ν为0.013cm2/s的水，实测流量为35 cm3/s，长15m管段上的水头损失为2cm水柱，试求此圆管的内径。

（1.94cm）
4-17油管直径为75mm，已知油的密度为901kg/m3，运动粘度为0.9cm2/s在管轴位置安放连接水银压差计的皮托管，水银面高差
h p=20mm，试求油的流量。

（5.19L/s；）
4-18自来水管长600m，直径300mm，铸铁管道，通过流量60m3/h，试用穆迪图计算沿程水头损失。

（0.176m）
4-19钢筋混凝土输水管直径为300mm，长度为500m，沿程水头损失为1m，试用谢才公式求管道中流速。

（0.59m/s）
4-20矩形风道的断面尺寸为1000m m×600mm，空气流量为4200m3/h，空气密度为1011kg/m3，测得相距12m的两断面间的压强差为31.6N/m2。

试求风道的沿程摩阻系数。

（0.0144）
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4-21圆管和正方形管道的断面面积、长度和相对粗糙都相等，且通过流量相等。

试求两种形状管道沿程损失之比。

（1）管流为层流；
（2）管流为紊流粗糙区。

（(1)0.785；(2)0.886
4-22输水管道中设有阀门，已知管道直径为50mm，通过流量为3.34L/s，水银压差计读值∆h=150mm，沿程损失不计，试求阀门的局部损失系数。

（12.83）
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4-23水箱中的水通过等直径的垂直管道向大气流出。

如水箱的水深H，管道直径d，管道长L，沿程摩阻系数为λ，局部损失系数为ζ，试求在什么条件下，流量随管长的增加而减小？
4-24用突然扩大使管道流速由v1减到v2，若直径d1及流速v1一定，试求使测压管液面差成为最大的v2及d2是多少，并求最大h值。

（H>
(1+ζ)d/λ）
4-25水箱中的水经管道出流，已知管道直径为25mm，长度为6m，水位H=13m，沿程摩阻系数为λ=0.02，试求流量及管壁切应力τ。

（d2=1.414d）
4-26水管直径为50mm，1、2两断面相距15m，高差3m，通过流量Q=6L/s，水银压差计读值为250mm，试求管道的沿程摩阻系数。

（3.12L/s；101.12N/m2）
4-27两水池水位恒定，已知管道直径d=10cm，管长l=20m，沿程摩阻系数λ=0.042，局部损失系数ζ弯=0.8，ζ阀=0.26，通过流量Q=65L/s，试求水池水面高差H。

（0.022）
4-28自水池中引出一根具有三段不同直径的水管，已知直径d=50mm，D=200mm，长度L=100m，水位H=12m，沿程摩阻系数为
λ=0.03，局部损失系数ζ阀=5.0，试求通过水管的流量并绘总水头线及测压管水头线。

（43.9m）
4-29有两辆迎风面积相同A=2m2的汽车。

其一为20世纪20年代的老式车，其阻力系数C D=0.8。

另一为20世纪90年代有良好外形的最新式车，其阻力系数C D=0.28。

若两车均以90km/h的速度在20℃的静止空气中行驶。

试求为克服空气阻力各需多大的功率？（15；5.25kW）4-30输电塔间距500m，两塔间架设20根直径2cm的电缆线，若风速以80km/h横向吹过电缆，求电塔承受的力。

已知空气的密度
为1.29kg/m3，空气的粘度为.7×10-5Pa·s，假设电缆之间无干扰。

（76.44kN）
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