第四章层流和紊流及水流阻力和水头损失

第四章 层流和紊流及水流阻力和水头损失

1、紊流光滑区的沿程水头损失系数 ? 仅与雷诺数有关，而与相对粗糙度无关。 ? ? 2、圆管紊流的动能校正系数大于层流的动能校正系数。 ? ? 3、紊流中存在各种大小不同的涡体。 ? ? 4、紊流运动要素随时间不断地变化，所以紊流不能按恒定流来处理。 ? ? 5、谢才公式既适用于有压流，也适用于无压流。 ? ? 6、????u''u只能代表 X 方向的紊流时均附加切应力。 ? ? xy7、临界雷诺数随管径增大而增大。 ? ? 8、在紊流粗糙区中，对同一材料的管道，管径越小，则沿程水头损失系数越大。 ? ? 9、圆管中运动液流的下临界雷诺数与液体的种类及管径有关。 ? ? 10、管道突然扩大的局部水头损失系数 ? 的公式是在没有任何假设的情况下导出的。 ? ? 11、液体的粘性是引起液流水头损失的根源。 ? ? 11、不论是均匀层流或均匀紊流，其过水断面上的切应力都是按线性规律分布的。 ? ? 12、公式???gRJ 即适用于管流，也适用于明渠水流。 ? ? 13、在逐渐收缩的管道中，雷诺数沿程减小。 ? ? 14、管壁光滑的管子一定是水力光滑管。 ? ? 15、在恒定紊流中时均流速不随时间变化。 ? ? 16、恒定均匀流中，沿程水头损失 hf 总是与流速的平方成正比。 ? ? 17、粘性底层的厚度沿流程增大。 ? ? 18、阻力平方区的沿程水头损失系数? 与断面平均流速 v 的平方成正比。 ? ? 19、当管径和流量一定时，粘度越小，越容易从层流转变为紊流。 ? ? 20、紊流的脉动流速必为正值。 ? ? 21、绕流阻力可分为摩擦阻力和压强阻力。 ? ? 22、有一管流，属于紊流粗糙区，其粘滞底层厚度随液体温度升高而减小。 ? ? 23、当管流过水断面流速符合对数规律分布时，管中水流为层流。 ? ? 24、沿程水头损失系数总是随流速的增大而增大。 ? ? 25、边界层内的流动也有层流与紊流之分。 ? ? 26、当雷诺数 Re很大时，在紊流核心区中，切应力中的粘滞切应力可以忽略。 ? ? 27、其它条件不变，层流内摩擦力随压力的增大而 （ ） ⑴ 增大 ； ⑵ 减小 ； ⑶ 不变 ； ⑷ 不定 。

28、按普朗特动量传递理论， 紊流的断面流速分布规律符合 ? ? ? 1 ? 对数分布 ； ? 2 ? 椭圆分布 ； ? 3 ? 抛物线分布 ； ? 4 ? 直线分布 。

29、其它条件不变，层流切应力随液体温度的升高而 ? ? ? 1 ? 增大 ； ? 2 ? 减小 ； ? 3 ? 不变 ； ? 4 ? 不定 。

30、其它条件不变，液体雷诺数随温度的增大而 ? ? ? 1 ? 增大 ； ? 2 ? 减小 ； ? 3 ? 不变 ； ? 4 ? 不定 。

31、谢才系数 C 与沿程水头损失系数 ? 的关系为 ? ?

? 1 ? C 与 ? 成正比 ； ? 2 ? C 与 1? ? 成正比； ? 3 ? C 与 ?2 成正比； ? 4 ? C 与 1?成正比 。 32、A、B 两根圆形输水管，管径相同，雷诺数相同，A管为热水，B管为冷水，则两管流量 ? ? ? 1 ? qvA > qvB ; ? 2 ? qvA ＝ qvB ; ? 3 ? qvA < qvB ； ? 4 ?不能确定大小 。

33、圆管紊流附加切应力的最大值出现在 ? ? ? 1 ? 管壁 ； ? 2 ? 管中心 ； ? 3 ? 管中心与管壁之间 ； ? 4 ? 无最大值 。

34、粘滞底层厚度 ? 随 Re 的增大而 ? ? ? 1 ? 增大 ； ? 2 ? 减小 ；? 3 ? 不变 ； ? 4 ? 不定 。

35、管道断面面积均为 A (相等)，断面形状分别为圆形、方形和矩形，其中水流为恒定均匀流，水力坡度 J 相同，则三者的边壁切应力?0的相互关系如下，如果沿程阻力系数?也相等，则三管道通过的流量的相互关系如下：? ?

?0圆 ? ?0方 ? ?0矩 ，qv圆 ? qv方 ? qv矩 ；

???qqq? 2 ? 0圆 < 0方 < 0矩 ，v圆 < v方 < v矩 ； ???qqq? 3 ? 0圆 ? 0方 ? 0矩 ，v圆 < v方 < v矩 ；

? 1 ? ? 4 ?

?0圆 < ?0方 < ?0矩 ，qv圆 ? qv方 ? qv矩 。

36、圆管均匀层流与圆管均匀紊流的 ? ? ? 1 ? 断面流速分布规律相同 ； ? 2 ? 断面上切应力分布规律相同 ； ? 3 ? 断面上压强平均值相同 ； ? 4 ? 水力坡度相同 。

37、紊流内部结构分区的判别参数是 ? ? ? 1 ? 管壁绝对粗糙度 ； ? 2 ? 管壁相对粗糙度 ； ? 3 ? 粘滞底层厚度与管壁绝对粗糙度之比 ； ? 4 ? 雷诺数 。

38、图示两管道的管长 L 、管径 d 、流量 qv 及水温均相同，但测压管 水面差 h1 >h2 ,则两管糙率 n1 与n2 的关系为? ?

? 1 ? n1 > n2； ? 2 ? n1 < n2 ； ? 3 ? n1 = n2 ； ? 4 ? 无法确定 。

39、谢才系数 C 的量纲是： ? ?

11? 1 ? L ； ? 2 ? L2T?1 ； ? 3 ? L?1T2； ? 4 ? ? 1? 无量纲量。

40、如图A、B二种截面管道，已知二管长度相同，通过流量相同，沿程水头损失系数相同，则二管道的沿 程水头损失 ? ? ? 1? hfA ? hfB； ? 2? hfA ? hfB； ? 3? hfA ? hfB ； ? 4? 尚不能确定大小。

41、边界层的外边界线可看成是 ? ?

? 1? 一条流线 ； ? 2? 一条迹线 ； ? 3? 有旋流动与有势流动的分界线； ? 4? 层流与紊流的分界线。

u?42、紊流附加切应力????u?等号右端的负号是由于_____________________________。 xy43、圆管沿程水头损失系数 ? 的影响因素分别是：

层流 ?＝f ? ? 紊流光滑区 ?＝f ? ? 紊流过渡区 ?＝f ? ? 紊流粗糙区 ?＝f ? ?

44、水流临界雷诺数可以作为判别流动形态的准则数。圆管流的临界雷诺数Re=_________________，明槽流的临界雷诺数 Re=_________________。

45、在紊流光滑区，沿程水头损失系数 ? 与相对粗糙度无关的原因是______________________________________________________________.。

46、紊流形态可分为三个流区，其判别标准是：光滑区________________，过渡区__________________， 粗糙区 _________________________。

47、底宽与水深均为 a 的矩形断面明渠和边长为 a 的正方形管道中通过水流时，假定水力坡度 相同，试求它 们的边壁切应力之比 ?1?2;再假定沿程水头损失系数 ? 亦相同，求它们的流量之比 qv1／qv2。 （

?1?2?43；

q?1q?2?23）

48、动力粘滞系数为 ? 的液体在宽度为 b 的矩形断面明渠中作层流运动。已知液体深度为 h ，流速分别方程 v=v0[1-(y/h)2] ，式中 v0 为表面流速。坐标 y 由液面铅直向下。若 ?、b、v0 为已知，求：(1) 断面平均流速； (2) 渠底切应力。 （(1)v=

23u0 (2) ?底 =?2u0h ）

49、导出直径为 d 的圆管的沿程水头损失系数 ?与管壁糙率 n之间的关系式。设水流处于阻力平方区。（??12.7

50、圆管中的流速分布为u?um(1?r/r0)17ngd132）

。式中：um为管中最大流速；r0为管道半径，r为任一液层处的半径。

试计算：(1)断面平均流速 v 与 um 的比值； （0.817）

(2)点流速恰等于断面平均流速处的半径rcd 与r0的比值。 （0.757） 51、有一圆形断面输水隧洞，长度 L=500 m，直径 d=5 m。当通过流量 qv=200 m3/s时，沿程水头损失 hv=7.58 m。求沿程水头损失系数?。 （0.0143）

52、图示为一倾斜放置的等直径输水管道。已知管径 d=200 mm，A、B两点之间的管长 l=2 m，高差 ?z=0.2 m。油的重度 ?g=8600 N/m3。

求：(1) A、B两点之间的沿程水头损失hf ； （0.0245m） (2)A、B两点的测压管水头差； （0.0245m）

(3)圆管边壁的切应力 ?0，并绘出圆管断面的切应力分布图。 （6N/m2） 。53、带有两个 90转弯的管道，直径 d = 100 mm，长度 l = 10 m，沿程水头损失系数 λ = 0.037，转弯的局部 水头损失系数 ξ = 0.29，现取消两弯段，但管长和管段两端的总水头差均不变。问流量能增加百分之几？ （7.6%）

54、流速由 v1 变为 v2 的突然扩大管道，为了减小水头损失，可分为两次扩大，如图所示。问中间段流速 v 取多大时，所产生的局部水头损失最小？比一次扩大的水头损失小多少？（v? 12(v1?v2)；hj21(v?v2)]） =[122g2 55、如图管道出口段长 l = 2 m，d = 0.1 m ，通过 ? = 1000 kg/m3 的流体，流量 qv = 0.02 m3/s，已知 h = 1.8 m，求 1)

2

管道壁面切应力 ?w；2) 该管段的沿程水头损失系数 ? 。 （ ?w?23.44N/m；??0.03） 56、在直径 d = 32 mm 的管路中，流动着液压油，已知流量为 3 l/s，油液运动粘度 ? = 30 ? 10-2 cm2/s ，试确定 ：1) 流动状态 ; 2) 在此温度下油的临界速度。 （紊流 ；vc =1.88 m/s）

57、用管径 d = 75 mm 的管道输送重油，已知 ?g1 = 8.83 kN/m3，运动粘度 ?1 = 0.9 cm2/s，如在管轴线 上装水银压差计的毕托管，水银液面高差 hp = 20mm，求重油流量。 ?g2 = 133.38 kN/m3 (下标 1为油，下标 2 为 水银) （qv?5.21 l/s）

58、圆管直径 d = 15 cm ，平均流速 v = 1.5 m/s，水温 t = 18。C，? = 0.01062 cm2/s，已知沿程阻力系数 ? = 0.03，试求粘滞底层厚度。若水流速度提高至 3.0 m/s ，?0 如何变化？又若流速不变，管径增大到 30 cm，?0又 如何 变化？(?0 =

32.8dRe?) （1) ?0=0.0134 cm 2) ?0=0.0067cm 3) ?0=0.0134cm）

59、油的流量 qv = 7.7 ml/s， 通过直径 d = 6 mm 的细管， 在 l = 2 m 长的管段两端装有水银压差计， 压差计读数

2h = 18 cm，已知水银 ?hg = 133.38 kN/m3，油的 ?og = 8.43 kN/m3，求油的运动粘度。 （??0.54cm/s）

60、水平管直径 d=100 mm，管中装一蝶阀。为测定蝶阀的局部水头损失系数 ?，在蝶阀前后设有 U 形水 银压差计，如图所示，当管中通过流量 qv=15.7 升/秒时，水银柱高差 h=500 mm， 设沿程水头损失 可以 不计，求蝶阀在该开度时的局部水头损失系数。 （??3.09）

61、适用时均流速分布的指数型公式 v?vmax()，证明二元明渠流的动能校正系数为 ??ny(1?n)1?3n3h。 式中 vmax为断面上时均最大流速，h为水深，y为从壁面到该点的距离，n为指数。

62、证明在推导圆管突然扩大局部水头损失过程中，如果考虑壁面摩擦力(单位面积上的摩擦力为 ?0)和沿程损 失 ， 所得结果与略去摩擦力和不计沿程损失的结果相同。

63、若沿程水头损失系数 ? 被取值的误差为?20?，问当 hf 为常数时，相应计算出的流量误差有多大？ （10%）

64、某灌溉系统的塑料管道，管径 d=50 mm，管长 l=5 m。已测得 20 秒内出口出水量为 200 升，管道首末测 压管水头差为 0.5 m，求管道糙率 n 和相应的沿程水头损失系数 ?。 （??0.00849； n?0.005）

65、图示管道出口段长 l=10 m，直径 d=0.1m，通过密度 ?=1000 kg/m3的流体，流量 qv=0.02 m3/s。已知 h=0.2 m，hm=0.1 m，?Hg=13.6?，求：1)管道壁面切应力 ?w；2) 该管段的沿程水头损失系数 ? 。 （25.97N/m2；0.032）

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