武大水力学习题第4章 层流絮流及水流阻力及水头损失

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λ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、

'

'

y

u

x

uρ

τ-

=只能代表 X 方向的紊流时均附加切应力。()

7、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ζ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

ρ

τ=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λ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λ的关系为()

( 1 ) C 与λ成正比；( 2 ) C 与 1/λ成正比；( 3 ) C 与λ2 成正比；( 4 ) C 与λ

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δ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

τ的相互关系如下，如果沿程阻力系数λ也相等，则三管道通

过的流量的相互关系如下：()

( 1 )τ0圆>τ0方>τ0矩，q v圆>q v方>q v矩；

( 2 )τ0圆 < τ0方 < τ0矩，q v圆 < q v方 < q v矩；

( 3 )τ0圆>τ0方>τ0矩，q v圆 < q v方 < q v矩；

( 4 )τ0圆 < τ0方 < τ0矩，q v圆>q v方>q v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：()

( 1 ) L ； ( 2 ) 1

21-T L ； ( 3 ) 2

11

T L -； ( 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。

42、紊流附加切应力y x u u ''-=ρτ等号右端的负号是由于_____________________________。 43、圆管沿程水头损失系数 λ 的影响因素分别是： 层流 λ＝f ( )

紊流光滑区 λ＝f ( )

紊流过渡区 λ＝f ( ) 紊流粗糙区 λ＝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 λ 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 21 ττ;再假定沿程水头损失系数 λ 亦相同，求它们的流量之比 q v1／q v2。 （

3421=ττ； 3

2

q q 21=νν） 48、动力粘滞系数为 μ 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 v 0 为表面流速。坐标 y 由液面铅直向下。若 μ、b 、v 0 为已知，求：(1) 断面平均流速； (2) 渠底切应力。 （(1)=v 0u 3

2

(2) τ底 =h u 20μ ）

49、导出直径为 d 的圆管的沿程水头损失系数 λ与管壁糙率 n 之间的关系式。设水流处于阻力平方区。（3

12d

g n 7

.12=λ）

50、圆管中的流速分布为71

0m )r /r 1(u u -=。式中：m u 为管中最大流速；0r 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 m u 的比值； （0.817） (2)点流速恰等于断面平均流速处的半径cd r 与0r 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 m 3

/s 时，沿程水头损失 hv=7.58 m 。求沿程水头损失系数λ。 （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 ρg=8600 N/m 3

。

求：(1) A 、B 两点之间的沿程水头损失h f ； （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 τ0，并绘出圆管断面的切应力分布图。 （6N/m 2

）

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 v (2

1

v 21+=；2j h =]g 2)v v ([

21221-）

55、如图管道出口段长 l = 2 m ，d = 0.1 m ，通过 ρ = 1000 kg/m 3

的流体，流量 q v = 0.02 m 3

/s ，已知 h = 1.8 m ，求 1) 管道壁面切应力 τw ；2) 该管段的沿程水头损失系数 λ 。

（ 44.23=w τN/m 2

； 03.0=λ）

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 υ = 30 ? 10-2

cm 2

/s ，试确定 ：1) 流动状态 ; 2) 在此温度下油的临界速度。 （紊流 ；c v =1.88 m/s ） 57、用管径 d = 75 mm 的管道输送重油，已知 ρg 1 = 8.83 kN/m 3

，运动粘度 ν1 = 0.9 cm 2

/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。 ρg 2 = 133.38 kN/m 3

(下标 1为油，下标 2 为 水银) （21.5q v = l/s ）

58、圆管直径 d = 15 cm ，平均流速 v = 1.5 m/s ，水温 t = 18。

C ，ν = 0.01062 cm 2

/s ，已知沿程阻力系数 λ = 0.03，试求粘滞底层厚度。若水流速度提高至 3.0 m/s ，δ0 如何变化？又若流速不变，管径增大到 30 cm ，δ0又 如何 变化？(δ0 =λ

Re 8.32d ) （1) δ0=0.0134 cm 2)

δ0=cm 0067.0 3) δ0=cm 0134.0）

59、油的流量 q v = 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 h = 18 cm ，已知水银 ρhg = 133.38 kN/m 3

，油的 ρog = 8.43 kN/m 3

，求油的运动粘度。 （/s cm 54.02=ν）

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 ζ，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 q v =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。 （09.3=ζ）

61、适用时均流速分布的指数型公式 n h y v v )(m ax =，证明二元明渠流的动能校正系数为 n

n 31)1(3++=α。

式中 max v 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 τ0)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 λ 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 λ。 （00849.0=λ； 005.0n =）

65、图示管道出口段长 l=10 m ，直径 d=0.1m ，通过密度 ρ=1000 kg/m 3

的流体，流量 qv=0.02 m 3

/s 。已知 h=0.2 m ，hm=0.1 m ，ρHg=13.6ρ，求：1)管道壁面切应力 τw ；2) 该管段的沿程水头损失系数 λ 。 （2N/m 97.25；0.032）

66、某管道的直径mm d 100=，通过流量s m Q /004.03=的水，水温为200

C ；该管通过相同流量的重

燃油，其运动粘度s m /105.124-?=ν，试判断以上两种情况的流态。

67、有一梯形断面的排水沟，底宽cm b 70=，断面的边坡系数为1：1.5（如图示）。当水深cm h 40=，断面平均流速s cm /0.5=υ，水温为200

C ，试判别水流流态。如果水温和水深都保持不变，问断面平均流速减到多少时水流方为层流？ （V max =0.21cm/s ）

68、有一送风系统，输送空气的管道直径mm d 400=，管内的断面平均流速s m /12=υ，空气温度为100

C 。试判断空气在管内的流动形态。如果输气管的直径改为100mm ，求管道内维持紊流时的最小断面平均流速。（v C =0.282m/s ）

69、在水深为h 的宽矩形明槽中，水流维持恒定均匀紊流，利用紊流普适流速分布律公式（4-2-23）推导宽矩形明槽断面平均流速υ的表达式κ=-*/u v u max ，并计算水面以下何处的时均点流速等于其断面平均流速。

70、用高灵敏度的测速设备测得水流中A 点的纵向和垂向的瞬时速度x u 和y u ，见下表，表中数据是每隔0.5s 测得的结果。断面平均流速为2.02m/s ，试计算该点的（1）时均流速x u 和y u ；（2）纵向和垂向的相对紊动强度；（3）紊动附加切应力'yx τ。如果A 点的流速梯度s dy u d y /26.0=，求A 点的混合长度l 。涡粘度（即紊动动力粘性系数）η及涡运动粘度（即紊动运动粘性系数）ε，水温为200

C ，试将η、ε与νμ,相比较，两者差别究竟有多大？

（（1）2.02m/s ；0；（2）0.111；0.0677；（3）27.33N/m 2

；（4）0.6364m ；105NS/m 2

；0.1053m 2

/s （5）

51005.1?）

测次

1 2 3 4 5 x u

1.88

2.05

2.34

2.30

2.17

y u

0.10 -0.06 -0.21 -0.19 0.12 测次

6 7 8 9 10 x u

1.74 1.62 1.93 1.98

2.19

y u

0.18

0.21

0.06

-0.04 -0.10

A 点瞬时流速测定值（单位：m/s ）

71、有一供实验用的圆管，直径为15mm ，今进行沿程水头损失试验，量测段管长为4.0m ，试问：（1）

当流量s /m 00002.0Q 3=时，水流所处的流态，并计算该量测段的沿程水头损失；（2）当水流处于由

紊流至层流的临界转变点时，量测段的流量和沿程水头损失各为多少？设水温为400

C 。（（1）0.0103m ；（2）0.000037m 3

/s ；0.0191m ）

72、直径mm 300d =的管道长k m 5l =，输送重度3m /kN 66.9=γ的重油，其重量流量h /k N 2373G =（h 为小时），试计算油温从C 10t 01=（运动粘度s /cm 2521=ν）变到C 40t 02=（s /cm 5.122=ν）时，管道的损失功率的变化。并说明你做完此题后得到的启示。 （h f1=438m,N 1=289KW, h f2=23.6m, N 2=17.35KW ）

73、半径mm r 1500=的输水管在水温C t 015=下进行试验，所得数据为断面平均流速s m v /0.3=及沿

h b

1

1.5

程水头损失系数015.0=λ。求（1）05.0r r =和0r =处的切应力；（2）如果流速分布曲线在05.0r r =处的时均流速梯度为4.34/s ，该点的粘性切应力和紊流附加切应力；（3）设混合长度l 采用沙特克维奇公式0

1r y y l -=κ，试求05.0r r =处的混合长度和卡门常数κ。

（(1) =8.45Pa , τ=0(r=0时)；(2)τ1=4.94×10-3

Pa , τ2=8.445Pa ；(3)l=0.021m, κ=0.39597） 74、若要一次测得圆管层流的断面平均流速，试问比托管应放在距离管轴多远处？ （r=0.707r 0） 75、有三个管道，其断面形状分别为如图示的圆形、正方形和矩形，它们的过水断面积相等，水力坡度也相等。试求：（1）三者边壁上的平均切应力之比；（2）当沿程水头损失系数λ相等时，三者的流量之比。

（（1）1.0:0.886:0.837；（2）1.0:0.9461:0.915）

76、推求圆管和宽矩形明槽在层流流速分布条件下的动量修正系数'α。 （α

’圆管

=1.33 , α

’宽矩

形

=1.2）

77、若圆管紊流光滑区的流速分布服从指数规律，即有()n

r y u u 0m ax =。求证动能修正系数α和动量修正系数'

α

分别为：()()()()

23134213

3

++++=

n n n n α 和 ()()()

124212

'

+++=

n n n α

,并推求混合长度l 的数学表达式.

78 、推求指数流速分布条件下的宽矩形明槽的'

,αα及混合长度l 的表达式. （α=1n 3)1n (3

++ , α

’

=1

n 2)1n (2++） 79 、根据例题4-12所提供的数据,计算从左水箱到右水箱的连接管的所有水头损失的数据,绘制水头线图.

80 、有甲乙两输水管,甲管直径为200mm,当量粗糙度为0.86mm,流量为0.00094s m 3;乙管直径为40mm,当量粗糙度为0.19mm,流量为0.0035s m 3,水温为150

C,试判别两根管中水流处于何种流区。如果处于水力光滑区请用布拉休斯公式计算λ;如果处于过渡区可先用Jain 公式计算λ.最后计算两管的水力坡度J 。

（甲管:光滑区 J=0.00000852；乙管:紊流过度区,λ=0.0311 ,J=0.308）

81 、有三根直径相同的输水管,直径mm 100d =,通过的流量均为s m Q /015.03=,管长均为m 1000l =,各管的当量粗糙度分别为m m 3,m m 4.0,m m 1.0321=?=?=?,水温为200

C,用查穆迪图的方法求各管

中的沿程水头损失f h ,水力坡度J ,摩阻流速*u 和各管中的损失功率. （h f1=38.7m,J 1=0.0387 ,u *1=0.0974m/s,N 1=5.689KW ； h f2=55.837m,J 2=0.0558 ,u *2=0.117m/s,N 2=8.207KW ； h f3=106.1m,J 3=0.106 ,u *3=0.161m/s,N 3=15.6KW ）

82、试根据圆管层流中的Re 64=λ公式，水力光滑管中25.0Re 3164.0=λ公式及完全粗糙区的

()25

.011.0d ?λ=分析沿程水头损失f h 与断面平均流速υ之间的关系。

83、有一梯形断面的渠道，已知：底宽m b 10=，均匀流水深m h 3=，边坡系数1：1，渠道的粗糙系数（即糙率）02.0=n ，通过的流量s m Q /393=，试求在每公里渠道长度上的水头损失及摩阻流速和沿程水头损失系数。

（每千米长渠上损失沿程水头0.148m,u *=0.0553m/s,λ=0.0245）

84、如图示有两个水池。其底部以一水管连通。在恒定的水面差H 的作用下，水从左水池流入右水池。水管直径mm 500d =，当量粗糙度m m 6.0=?，

管总长m 100l =，直角进口，闸阀的相对开度为85，900缓弯管的转变半径d 2R =，水温为200

C ，管中流量为s m /5.03。求两水池水面的高差H 。可以认

为出水池（即右水池）的过水断面面积远大于水管的过水断面面积。 （3.81m ）

85、设计一给水管道，其直径d 已定，今就其长度l 研究Ⅰ和Ⅱ两种方案，第Ⅱ方案比第Ⅰ方案短25%。若水塔的水面高程不变，另因水管都很长，可以不计局部水头损失和流速水头，试就光滑管和完全粗糙管两种流区情况分别推求两种方案的流量比Q Ⅱ/Q Ⅰ。 （光滑管区 Q Ⅱ/Q Ⅰ=1.179,粗糙区Q

Ⅱ

/Q Ⅰ=1.155）

86、如图示用水泵从蓄水池中抽水，蓄水池中的水由自流管从河中引入。自流管长m l 201=，管径

mm 150d 1=，吸水管长m l 122=，管径mm 150d 2=，两管的当量粗糙度均0.6mm ，河流水面与水泵进

口断面中点的高差m 0.2h =。自流管的莲蓬头进口，自流管出口入池，吸水管的带底阀的莲蓬头进口以及吸水管的缓弯头的局部水头损失系数依次为3.0,0.6,0.1,2.04321=ξ=ξ=ξ=ξ，水泵进口断面处的最大允许真空高度为6.0m 水头高。求最大的抽水流量。水温为200

C 。 （Q=0.04126m 3

/s ）

87、有一圆形断面有压隧洞，长m 200l =，通过流量s /m 700Q 3=，如果洞的内壁不加衬砌，其平均直径m 8.7d 1=，糙率033.0n =；如果用混凝土衬砌，则直径m 0.7d 2=，糙率014.0n =；试问衬砌方案比不衬砌方案沿程水头损失减少几多？ （h f1- h f2=19.21-6.16=13.05m ）

88、某新铸铁管路，当量粗糙度m m 3.0=?，管径mm 200d =，通过流量s /m 06.0Q 3=，管中有一个900

折角弯头，今欲减少其水头损失拟将900

折角弯头换为两个450

折角弯头，或者换为一个缓弯90

角弯头（转弯半径m 1R =），水温为200

C 。试求：（1）三种弯头的局部水头损失之比；（2）每个弯头相当于多少米长管路的沿程水头损失。 （(1)ζ1=1.1, ζ2=0.35, ζ3=0.1316,(2)l 1=4.78m, l 2=3.04m, l 3=0.57m,）

89、直径cm 1d =的小球，在静水中以匀速s /m 4.0v =下沉，水温为200

C ，试求：（1）小球受的阻力F ；（2）小球的比重s 。 （(1)F=0.001963N (2)s=1.612）

90、利用公式（4-2-22），即紊流流核的普郎特普适速度分布律，推导其断面平均流速v 的表达式（4-2-24）。

武汉大学水力学课本习题解答7章

第 七 章 习 题 解 答 7-1 梯形断面壤土渠道，已知通过流量Q = 10.5 m 3/s ，底宽b = 8.9 m ，边坡系数m = 1.5，正常水深h 0= 1.25 m ，糙率 n = 0.025，求底坡i 和流速v 。 解： A = 1.25×(8.9+1.5×1.25) = 13.47 m 2，χ= 8.9+2×1.25×25.11+= 13.41 m ， R = A /χ=1.005 m ，C = 1.0051/6/0.025 = 40.03 m 1/2·s ， K = ACR 1/2=540.57 m/3s i = (Q /K )2 = 0.000377， v = Q /A = 0.78 m/s 7-2 有一灌溉干渠，断面为梯形，底宽b = 2.2 m ，边坡系数m = 1.5，实测得流量Q = 8.11 m 3/s 时，均匀流水深h 0 = 2 m ，在1800m 长的顺直渠段水面落差Δh = 0.5 m ，求渠道的糙率n 。 解： i = J = J P = △h /L =1/3600， A = 2×(2.2+1.5×2 ) = 10.4 m 2， χ= 2.2+2×2×25.11+= 9.41 m ， R = A /χ= 1.105 m n = AR 2/3i 1/2/Q = 0.0228 7-3 一石渠的边坡系数m = 0.1，糙率n = 0.020，底宽b = 4.3 m ，水深h = 2.75 m ，底坡i = 1/2000，求流量和流速。 解：A = 2.75×(4.3+0.1×2.75 ) = 12.58 m 2，χ= 4.3+2×2.75×21.01+= 9.83 m R = A /χ= 1.28 m ，v = n i R 32=1.318 m/s ， Q = vA =16.58 m 3/s 7-4 直径为d 的圆形管道中的明槽均匀流动，试根据式（7-2-5）导出Q/Q 1~h/d 的关系式（Q 1为h/d = 1时的流量），并论证当充满度h/d 为多大时Q/Q 1达到最大值。 解： 圆管 3 235χ= n i A Q ， 满流时 3 213511χ= n i A Q ， )sin (82?-?=d A ，d ?=χ2 1 ， A 1 =πd 2 /4，χ1= πd ()[]313 213 51121 ?π=??? ? ??χχ??? ? ??=f A A Q Q ， ()()25sin ? ?-?=?f Q /Q 1取极值时， ()()()()[]?-?-?-?? ?-?=?'sin 2cos 15sin 3 4 f = 0 得到两个极值点： ?= 0为极小值点，Q /Q 1 = 0； ?= 5.278为极大值点，此时 ?? ? ?? ?-=2cos 121d h =0.938， Q /Q 1 =1.076 7-5 有一顶盖为拱形的输水隧洞，过水断面为矩形，宽b = 3.3 m ，糙率n = 0.017，底 坡i = 0.001，当流量Q = 16 m 3/s 时，求水深h ，问流速是否超过2.0 m/s ？ 解： 试算，……，取h = 2.6 m ，A = 3.3×2.6 = 8.58 m 2，χ= 3.3+2×2.6 = 8.5 m ，

流体流动阻力及水头损失

沿程阻力和沿程水头损失 流体在流动时，流体的黏滞力及流体与管壁的摩擦力统称为沿程摩擦阻力。流体流动时，刻服沿程阻力而造成的水头损失称为沿程水头损失。 用符号hy=入L D v2 2g H y-----沿程水头损失m ?-----沿程阻力系数 L----管段长度 D-----管段直径 。。。 二、局部阻力和局部水头损失 当流体经过三通、大小头、弯头、阀门等配件或配件时，由于这些局部障碍的影响使流体流动状况发生急剧变化，流体质点互相碰撞，产生漩涡，而产生另一种阻力。 H j=§v2 2g §:局部阻力系数 用水定额 ；建筑物的生活日用水量是随季节而每日变化的，即使一年中用水最高的那一天也是不均匀的。因此根据统计资料，我国规范提供了安按人按日的最高日用水定额，并提供了小时变化系数，按以上定额就可以计算出最高日最大时的用

水量。但是，建筑物内的用水量是随时变化的，要计算管道的管径与水压，就 要建立设计秒流量计算中心式，而室内用水量是通过各用水设备的配水龙头出 水的，因此测定各种用水设备的额定流量对建立设计秒流量计算公式是尤其重 要的。 表2-8 住宅生活用水量及小时变化系数 住宅类别和卫生有大器具设置标准单位生活用水量定额 （最高日）/L 小时变化系数 有大便器，洗涤盆，无沐浴设备 每人每日 85--180 3.0---2.5 有大便器，洗涤盆和沐浴设备每人每日130--220 2.8---2.3 有大便器，洗涤盆\沐浴设备和热水供应每人每日170--300 2.5—2.0 高级住宅和别墅每人每日300---400 2.3—1.8 设计秒流量计算 1、住宅、集体宿舍、旅馆、医院、幼儿园、办公楼、学校等建筑物的生活 给水管道设计秒流量的计算公式。 q g=0.2a√N a+k N a 式中：q g----计算管段的给水设计秒流量，L/S N a ---计算管段的卫生器具给水当量总数 a\k根据建筑物用途而定的系数， 建筑物名称a值K值 住宅有大便器，洗涤盆，无沐浴设备1．05 0．005 有大便器，洗涤盆和沐浴设备1．02 0．0045 有大便器，洗涤盆\沐浴设备和热水供应1．1 0．005

武大水力学习题第6章 恒定管流

第六章恒定管流 1、并联管道中各支管的单位机械能损失相同，因而各支管水流的总机械能也应相等。 ( ) 2、图示虹吸管中B点的压强小于大气压强。 ( ) 3、恒定管流的总水头线沿流程下降，而测压管水头线沿流程可升可降。 ( ) 4、在等直径圆管中一定发生均匀有压流动。 ( ) 5、各并联支管的水头损失相同，所以其水力坡度也相同。 ( ) 6、图示两个容器由两根直管相连，两管的管径、管长及糙率均相同，所以通过的流量相等。( ) 7、设计管道时，若选用的糙率大于实际的糙率，则求得的管道直径偏小，不能通过要求的设计流量。( ) 8、图示A、B 两点间有两根并联管道 1 和 2 。设管 1 的沿程水头损失为h f1 ,管 2 的沿程水头损失为h f2。则h f1与h f2 的关系为（） （1）h f1 ＞h f2；（2）h f1＜h f2；（3）h f1 = h f2；（4）无法确定。 9、图示为坝身下部的三根泄水管 a、b、c，其管径、管长、上下游水位差均相同，则流量最小的是（）。 （1）a管；（2）b管；（3）c管；（4）无法确定。 10、在管道断面突然扩大处，测压管水头线沿程 ________________________________________________________；在管道断面突然缩小处，测压管水头线沿程____________________________________。

11、图示为一串联管段恒定流。各管段流量q v1、q v2、q v3的关系为______________________。各管段流速 v1、v2、v3 的关系为 ____________________________________________________________。 12、对于有压管流出口为自由出流时，测压管水头线终点在 _________________________________________________；出口为淹没出流时，若下游水池中流速 v2=0,测压管水头线终点在____________________________，若v2≠0，测压管水头线应 ____________________________________________________________________下游水面。 13、定性绘出图示等直径短管道的总水头线和测压管水头线，并标明符号及负压区。 14、定性绘出图示水泵管道的总水头线和测压管水头线，标明有关的符号，并标出管中的 M、N 两点的压强高度p m/ g 及p n/ρg。 15、定性绘出图示短管道的总水头线和测压管水头线，并标明符号。 16、定性绘出图示短管道的总水头线和测压管水头线，并标明符号。

武大水力学习题第4章 层流絮流及水流阻力及水头损失剖析

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λ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、 ' ' y u x uρ τ- =只能代表 X 方向的紊流时均附加切应力。() 7、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ζ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 ρ τ=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λ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()

武汉大学水力学复习题及答案

第一章 导 论 1、体积模量 K 值越大，液体越容易压缩。 ( ) 2、液体的内摩擦力与液体的速度成正比。 ( ) 3、水流在边壁处的流速为零，因此该处的流速梯度为零。 ( ) 4、影响水的运动粘度的主要因素为 ( ) (1)水的温度； (2)水的容重； (3)当地气压； (4)水的流速。 5、理想液体是 （ ） (1)没有切应力又不变形的液体； (2)没有切应力但可变形的一种假想液体； (3)切应力与剪切变形率成直线关系的液体； (4)有切应力而不变形的液体。 6、A 、B 为相邻两液层，A 层流速大于B 层流速。则A 层对B 层的切应力τ1_____________ B 层对A 层的切应力τ2 。 其中τ1 的方向与流向 __________，τ2 的方向与流向______________。 7、单位质量力的量纲为__________________；运动粘度的量纲为 _______________；动力粘度的量纲为 ____________________。 8、物体在外力作用下产生 _______________，在除去外力后能恢复原状消除变形的性质，称为 _______。 9、已知二元明渠断面的流速分布为抛物线，如图示，则其切应力分布τ~y 为_______________________ 分布，切应处。 10 ________________________假定。 11、图为管道过水断面水流流速分布图，从其对应部位取出水体A ，则水体顶面切应力的方向与流向 , 底面切应力的方向与流向 。 12、平板面积为 40×45cm 2,厚度为 ，质量 m=5kg ，沿着涂有厚度δ=油的斜面向下作等速运动， 其速度u =s,带动油层的运动速度呈直线分布，则油的粘度μ=______________，ν =__________________ (油的密度ρ＝950 kg/m 3)。 A 的极薄的平板以速度 u 平行移动。x 为平 板距上边界的距离。求：平板所受的拖力T ，（缝隙内的流速按直线分布）。 （A x x u T )(-??+ =μ） 14、已知200C 时海水的密度3cm /g 03.1=ρ，试用国际单位制表示其密度值，并求其比重和重度。 （33/094.10,03.1,/1030m kN S m kg ===γρ）

长沙理工大学水力学习题集资料

第一章绪论 第一节思考题 1-1 重力加速度的大小与哪些因素有关？在水力学中是怎样考虑重力加速度的大小？ 1-2 液体的容重和密度在什么情况下可视为常数？ 1-3 影响液体γ与ρ变化的因素有哪些？水的γ和ρ与这些因素的变化关系如何？ 1-4 固体间的摩擦力与液层之间的内摩擦力有何不同之处？ 1-5 静止液体是否存在粘滞性？为什么？ 1-6 举例说明液层上切应力方向的确定方法。 1-7 假设明渠水流的垂线流速分布为：①常数；②底部速度u=0，表面u=u max的斜直线； ③二次抛物线。则其切应力τ的垂线分布规律各是怎样的（作图说明）？ 1-8 液体压缩时，其质量和密度各有无变化？影响β（或K）变化的因素有哪些？ 1-9 引入连续介质假设有何实际意义？ 1-10 何谓理想液体？理想液体流动的垂线流速与切应力分布规律如何？在自然界中存在理想液体吗？ 第二节计算题 1-1 体积为2.5m3，重量为17.1kN的液体，其容量、密度各为若干？ 1-2 某液体的密度为13600kg/ m3，运动粘滞系数为1.14×10-7㎡/s，求动力粘滞系数。 1-3 已知水的动力粘滞系数μ=0.00129Pa·s，求其运动粘滞系数。 1-4 两水平平行板间充满y=7.84kN/ m3的液体，上板固定，下板在τ=1.5N/㎡的切应力作用下，以u=0.3m/s的速度平移，两板间距l=1mm，求液体的粘滞系数μ和υ。 1-5 一质量m=5kg的木板如计1-5图，沿着涂有润滑油的斜面等速下滑，油的动力粘滞系数μ=0.1225N·s/㎡，油层厚t=0.1cm，木板的接触面积A=0.25㎡，求木板的下滑速度u。 1-6 某滑动轴承如计1-6图，轴承宽a=20cm,轴的直径d=13cm，间隙t=0.1cm，当轴的转速n=210rpm时，内摩擦力对轴中心的力矩M=0.4N·m，求μ。

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、' 'y u x u ρτ -=只能代表 X 方向的紊流时均附加切应力。 7、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 ρτ= 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λ 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 。

武大水力学习题第2章 水静力学

第二章水静力学 1、相对压强必为正值。 ( ) 2、图示为一盛水容器。当不计瓶重时, 作用于地面上的力等于水作用于瓶底的总压力。 ( ) 3、静水总压力的压力中心就是受力面面积的形心。 ( ) 4、二向曲面上的静水总压力的作用点就是静水总压力的水平分力与铅直分力的交点。 ( ) 5、一个任意形状的倾斜平面与水面的夹角为α。则该平面上的静水总压力P=ρgy D A sinα。(y D为压力中心D的坐标，ρ为水的密度，A 为斜面面积) （） 6、图示为二块置于不同液体中的矩形平板，它们的宽度b，长度L及倾角α均相等，则二板上的静水总压力作用点在水面以下的深度是相等的。 ( ) 7、作用于两种不同液体接触面上的压力是质量力。 ( ) 8、静水压强仅是由质量力引起的。 ( ) 9、在一盛水容器的侧壁上开有两个小孔A、B，并安装一 U 形水银压差计，如图所示。由于A、B 两点静水压强不等，水银液面一定会显示出?h 的差值。 ( ) 10、物体在水中受到的浮力等于作用于物体表面的静水总压力。 ( ) 11、选择下列正确的等压面: ( ) (1) A ? A (2) B ? B (3) C ? C (4) D ? D

12、压力中心是( ) (1) 淹没面积的中心； (2) 压力体的中心；(3) 总压力的作用点；(4) 受压面的形心。 13、平衡液体中的等压面必为( ) (1) 水平面； (2) 斜平面； (3) 旋转抛物面； (4) 与质量力相正交的面。 14、图示四个容器内的水深均为H，则容器底面静水压强最大的是( ) (1) a ; (2) b ; (3) c ; (4) d 。 15、欧拉液体平衡微分方程 ( ) (1) 只适用于静止液体； (2) 只适用于相对平衡液体； (3) 不适用于理想液体； (4) 理想液体和实际液体均适用。 16、容器中盛有两种不同重度的静止液体，如图所示，作用在容器A B 壁面上的静水压强分布图应 为 ( ) (1) a (2) b (3) c (4) d 17、液体某点的绝对压强为 58 kP a，则该点的相对压强为 ( ) (1) 159.3 kP a； (2) 43.3 kP a； (3) -58 kP a (4) -43.3 kP a。 18、图示的容器a 中盛有重度为ρ1的液体，容器b中盛有密度为ρ1和ρ2的两种液体，则两个容 器中曲面AB 上压力体及压力应为 ( ) (1) 压力体相同，且压力相等； (2) 压力体相同，但压力不相等； (3) 压力体不同，压力不相等； (4) 压力体不同，但压力相等。

武汉大学水力学习题解答-水击

第十章 10-1 解：阀门突然开启过程中，水击波传播四个阶段示意图如下： 10-2 解： 首先判断水击类型，然后计算各相末水击压强，从中找出最大水击压强。 (1)判断水击类型 已知 L =500m ，c =1000m/s ，则相长 T L c r = = ?=225001000 1s 。而阀门关闭时间 T s =2s ，有T T s r >，为间接水击。 (2) 计算首相末水击压强 初始全开，有阀门开度τ01=； 按线性启闭关系，得首相末阀门开度ττ1021250010002 05=-=- ??=L cT s .； 由于v Q D m ax .= = ??=4125642 42 2 ππm/s ，初始水头H H H 01231024070=-=-=m ， 则管道特性系数μ= = ???=cv gH m ax ..21000429870 29150 。 上述数据代入式(10-4-17) τζτζμ 1101 12+=-A A 得 051122915 11 ..+=- ?ζ ζA A 整理 03432372302 12 1.().ζζA A -+= 解此二次方程，得 ().ζ1118806A = 或 ()()..?H H A A 111101880670131642==?=ζm ().ζ121356A = 或 ()()..?H H A A 121201356709492==?=ζ m H 0<< t L c H L c t L c << 2 H c t c << H c t c <<

如果发生直接水击 ?H cv g A m ax m ax ..== ?=1000498 40816m 而().?H A 11131642=m >?H A m ax ，故()?H A 11不合理。 则首相产生的水击压强增量为 ?H A 19492=.m(水柱高) 或水击压强为 H A 170949216492=+=..m(水柱高) (3) 计算第二相末水击压强(末相末水击压强) 将已知的τ01=，τ20=，μ=2915.，ζ11356A =.，代入式(10-4-17) τζτζμ ζμ 22 02 112+=- - A A A 得 0122915 13562915 2 =-?- ζA ... 解此方程 ζ 2 3118A =. 或 ?H H A A 2 2 0311********==?=ζ..m(水柱高) 则第二相(末相)产生得水击压强为 H A 2702182628826=+=..m(水柱高) 如应用式(10-4-20)计算末相水击压强，由于系数 σ== ???=Lv gH T s m ax ..050049870214577 则有 () ( ) ζσ σ σ22 2 2 414577 2 145774145772866A = ++= ++=.... 可得水击压强增量 ?H H A A 22028667020062==?=ζ..m(水柱高) 或水击压强为 H A 2702006227062=+=..m(水柱高) 首相和末相水击压强比较，最大水击压强发生在末相，即为 H A 228826=.m(水柱高)或为 H A 227062=.m(水柱高)。 10-3 解： 首先判断水击类型，然后分别计算两种情况下的水击压强。 (1)判断水击类型 已知 L =800m ，D =100cm ，e =20mm ，查表10-2-1，由钢管有K E =001.，可计算水击波速 c D K eE = + = + ?=14351143511000 200 001 117167..m/s 以及相长T L c r ==?=22800 117167 1366..s 。而阀门关闭时间T s =1s ，有T T s r <，为直接水击。 由于T T s r <，阀门关闭结束时水击压强将保持到首相末，故本题所求阀门断面水头为 首相末压强水头H A 1。 (2)初始开度等τ01=，终止开度τe =05.情况下阀门断面水头H A 1 已知H 0100=m ，v m ax =2m/s ，由于ττ105==e .，以及管道特性系数 μ= = ???=cv gH m ax (21171672298100) 11960 代入式(10-4-17) τζτζμ 11 01 12+=- A A 得 051121196 11 ..+=- ?ζζA A

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。

武大水力学习题第4章层流絮流及水流阻力及水头损失

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、 ' ' y u x uρ τ- =只能代表 X 方向的紊流时均附加切应力。 7、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 ρ τ=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λ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λ 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 τ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： 1 τ 0圆 τ 0方 τ 0矩， q v圆 q v方 q v矩； 2 τ 0圆 < τ 0方 < τ 0矩， q v圆 < q v方 < q v矩； 3 τ 0圆 τ 0方 τ 0矩， q v圆 < q v方 < q v矩； 4 τ 0圆 < τ 0方 < τ 0矩， q v圆 q v方 q v矩。

武大水力学习题第3章水动力学基础

第三章水动力学基础 1、渐变流与急变流均属非均匀流。 ( ) 2、急变流不可能是恒定流。 ( ) 3、总水头线沿流向可以上升，也可以下降。 ( ) 4、水力坡度就是单位长度流程上的水头损失。 ( ) 5、扩散管道中的水流一定是非恒定流。 ( ) 6、恒定流一定是均匀流，非恒定流一定是非均匀流。 ( ) 7、均匀流流场内的压强分布规律与静水压强分布规律相同。 ( ) 8、测管水头线沿程可以上升、可以下降也可不变。 ( ) 9、总流连续方程 v1A1 = v2A2对恒定流和非恒定流均适用。 ( ) 10、渐变流过水断面上动水压强随水深的变化呈线性关系。 ( ) 11、水流总是从单位机械能大的断面流向单位机械能小的断面。 ( ) 12、恒定流中总水头线总是沿流程下降的，测压管水头线沿流程则可以上升、下降或水平。 ( ) 13、液流流线和迹线总是重合的。 ( ) 14、用毕托管测得的点流速是时均流速。 ( ) 15、测压管水头线可高于总水头线。 ( ) 16、管轴高程沿流向增大的等直径管道中的有压管流，其管轴压强沿流向增大。 ( ) 17、理想液体动中，任意点处各个方向的动水压强相等。 ( ) 18、恒定总流的能量方程z1 + p1／g + v12／2g = z2 +p2／g + v22／2g +h w1- 2 ，式中各项代表( ) (1) 单位体积液体所具有的能量；(2) 单位质量液体所具有的能量； (3) 单位重量液体所具有的能量；(4) 以上答案都不对。 19、图示抽水机吸水管断面A─A动水压强随抽水机安装高度h的增大而 ( ) (1) 增大 (2) 减小 (3) 不变 (4) 不定 20、在明渠恒定均匀流过水断面上1、2两点安装两根测压管，如图所示，则两测压管高度h1与h2的关系为 ( ) (1) h1＞h2 (2) h1＜h2 (3) h1 = h2 (4) 无法确定

流体力学第六章 流动阻力及能量损失

第六章流动阻力及能量损失 本章主要研究恒定流动时，流动阻力和水头损失的规律。对于粘性流体的两种流态——层流与紊流，通常可用下临界雷诺数来判别，它在管道与渠道内流动的阻力规律和水头损失的计算方法是不同的。对于流速，圆管层流为旋转抛物面分布，而圆管紊流的粘性底层为线性分布，紊流核心区为对数规律分布或指数规律分布。对于水头损失的计算，层流不用分区，而紊流通常需分为水力光滑管区、水力粗糙管区及过渡区来考虑。本章最后还阐述了有关的边界层、绕流阻力及紊流扩散等概念。 第一节流态判别 一、两种流态的运动特征 1883年英国物理学家雷诺（Reynolds O.）通过试验观察到液体中存在层流和紊流两种流态。 1.层流观看录像1-层流 层流（laminar flow），亦称片流：是指流体质点不相互混杂，流体作有序的成层流动。 特点： （1）有序性。水流呈层状流动，各层的质点互不混掺，质点作有序的直线运动。 （2）粘性占主要作用，遵循牛顿内摩擦定律。 （3）能量损失与流速的一次方成正比。 （4）在流速较小且雷诺数Re较小时发生。 2.紊流观看录像2－紊流 紊流（turbulent flow），亦称湍流：是指局部速度、压力等力学量在时间和空间中发生不规则脉动的流体运动。 特点： （1）无序性、随机性、有旋性、混掺性。 流体质点不再成层流动，而是呈现不规则紊动，流层间质点相互混掺，为无序的随机运动。 （2）紊流受粘性和紊动的共同作用。 （3）水头损失与流速的1.75~2次方成正比。

（4）在流速较大且雷诺数较大时发生。 二、雷诺实验 如图6-1所示，实验曲线分为三部分： （1）ab段：当υ<υc时，流动为稳定的层流。 （2）ef段：当υ>υ''时，流动只能是紊流。 （3）be段：当υc<υ<υ''时，流动可能是层流（bc段），也可能是紊流（bde段），取决于水流的原来状态。 图6-1 图6-2 观看录像3观看录像4观看录像5实验结果（图6-2）的数学表达式 层流：m1=1.0, h f=k1v , 即沿程水头损失与流线的一次方成正比。 紊流：m2=1.75~2.0, h f =k2v1.75~2.0，即沿程水头损失h f与

流动阻力和水头损失

提问：1、尼古拉茨实验曲线分为哪几个区； 2、工业管路计算沿程阻力损失的步骤； 上次课内容回顾及本次课内导出： 5.7 非圆形截面均匀紊流的阻力计算 实际工程中流体流动的管道不一定是圆形截面，例如大多数通风管道为矩形截面，矿井中的回风巷道也是非圆形截面。 两种方法：一是利用原有公式（达西公式），e d d →。 二是用蔡西公式计算。 一、利用原有公式计算 圆形截面的特征长度：直径d 非圆形截面的特征长度：水力半径R 。 充满流体的圆管的直径： R X A d d d 442===ππ 非圆形管道的当量直径 e d ： R X A d e 44== 所以 g v R l h f 242 ? ?=λ 注意：应用e d 计算非圆管的f h 是近似的方法，并不适用于所有情况。 二、用蔡西公式计算

22222221242RA c l Q A Q R l g v R l g v d l h f =??=?=?=λ λλ 令2 2 2 k RA c =，则 22k l Q h f = i k l h k Q f == Ri c A i RA c A Q v == =22 ——蔡西公式（1775），它在管路、渠道等工程计算中得到广泛应用。 式中 c ——蔡西系数，λ g c 8= ； k ——流量模数，R cA k =。 例 5.7.1长30=l m ，截面积A ＝0.35.0?m 2 的镀锌钢板制成的矩形风道，风速 14=v m/s ，风温度20=t °C ，试求沿程损失f h 。若风道入口截面1处的风压 6.9801=p N/m 2，而风道出口截面2 比入口位置高10m, 求2处风压2p =? 解：风道的当量直径 375.0) 5.03.0(25 .03.04)(24=+???=+?= b a b a d e m 20=t °C 时，空气的运动粘度5 1057.1-?=υm 2/s 3343951057.1375.014Re 5=??= = -υ e vd >500 紊流==?375 15 .0e d 0.0004 查莫迪图可得到0176.0=λ 1.148 .9214375.0300176.02 =??? =f h m 气柱 查表，空气20=t °C 时，密度205.1=ρkg/m 3，则 f gh z z g p p ρρ---=)(1212 =1.148.9205.110806.9205.16.980??-??- =696N/m 2 5.8 边界层理论基础 在分析流体流动状态时已知，随↑e R ，粘性对流体的作用↓，惯性对流体的作用↑。当↑e R 到使粘性的作用可以忽略时，流体将接近理想流体。e R 很大的实际流体绕固体均匀流动时，在固体后部将产生旋涡区，而理想流体的均匀流动则无此区。 举实例：飞机机翼、汽车、船舶航行、高尔夫球在空中滑行、建筑物迎风、

水力学典型例题分析(上)

例题1 在旋转锥阀与阀座之间有厚度为1δ，动力粘度为μ的一层油膜，锥阀高为h,上、下底半径分别为1r 和2r 。 试证明，锥阀以角速度ω旋转时，作用在锥阀上的阻力矩为： T = 〔解〕证明： 任取r 到r+dr 的一条微元锥面环带，在半径r 处的速度梯度是 δ ωγ ，切应力ωγτμδ=， 假定锥面上的微元环形面积为dA ，则作用在锥阀微元环带表面上的微元摩擦力是dF=τdA 微元摩擦力矩 dT=τdA ?r 下面讨论dA 的表达式，设半锥角为θ,显然，由锥阀的几何关系可得 2 2 2121)(h r r r r Sin +--= θ θ ππθSin rdr dA rdr dASin 22= = ∴ dr r Sin rdA dT 3 2θ δπμωτ= = ( )1 1 2 2 44 123 2sin 2sin r r r r r r T dT r dr πμωπμωδθ δθ -= = = ?? 将)(4 24 1r r -进行因式分解，并将Sin θ的表达式代入化简整理上式可得 2 21212()(2T r r r r πμωδ = ++例题2 盛有水的密闭容器，其底部圆孔用金属圆球封闭，该球重19.6N ，直径D=10cm ，圆孔直径d=8cm ，水深H 1=50cm 外部容器水面低10cm ，H 2=40cm ，水面为大气压，容器内水面压强为p

(1)当p 0也为大气压时，求球体所受的压力； (2)当p (1)计算p 0=p a 如解例题2(a)图，由压力体的概念球体所受水压力为 ()()? ???? ?--=??????--=464622132213d H H D d H H D P γπγππ ())(205.0408.04.05.06 1.014.3980023↑=??? ????--??=N (2) 设所求真空度为Hm(水柱)高，欲使球体浮起，必须满足由于真空吸起的“吸力”+上举力=球重，如 解例题 2(b) 6.19205.04 2 =+d H πγ () ()m d H 39.008 .014.398004 205.06.194205.06.192 2=???-=-=γπ γ K P ≥0.39 p K ≥9800×0.39=3822N/m 2 当真空度p K ≥3822N/m 2 时，球将浮起。 例题3 管道从1d 突然扩大到2d 时的局部水头损失为j h '，为了减小水头损失的数值，在1d 与2d 之间再增加一个尺寸为d 的管段，试问：(1)d 取何值时可使整体的损失为最小；(2)此时的最小水头损失j h 为多少? 〔解〕(1)根据已知的圆管突然扩大局部水头损失公式

武汉大学水力学实验报告

武汉大学教学实验报告 学院：水利水电学院 专业：水利类 2011年12月26日 实验名称 动量方程验证实验 指导老师 杨小亭 姓名 赵亮 年级 10级 学号 2010301580103 成绩 一：预习部分 1：实验目的 2:实验基本原理 3：主要仪器设备（含必要的元器件，工具） 一、实验目的 1．测定管嘴喷射水流对平板或曲面板所施加的冲击力。 2．将测出的冲击力与用动量方程计算出的冲击力进行比较，加深对动量方程的理解。 二、实验原理 应用力矩平均原理如图一所示：求射流对平板和曲面板的冲击力。 力矩平衡方程：1GL FL =，L GL F 1 = 式中：F —射流作用力；L —作用力力臂； G —砝码重量；L 1—砝码力臂。 图一 力矩平衡原理示意图 恒定总流的动量方程为)(1122 V V Q F ααρ'-'=∑ 若令112 ='='αα，且只考虑其中水平方向作用力，则可求得射流对平板和曲面的作用力公式为：)cos 1(αρ-=QV F 式中：Q —管嘴的流量；V —管嘴流速；α—射流射向平板或曲面板后的偏转角度。 α=90°时，QV F ρ=平。F 平：水流对平板的冲击力。 α =135°时，平F QV QV F 707.1707.1)135cos 1(==-=ρρ α =180°时，平F QV QV F 22)180 cos 1(==-=ρρ 二：实验操作部分 1：实验数据，表格及数据处理 2：实验操作过程（可用图表示） 3结论 三、实验设备 实验设备及各部分名称见图二，实验中配有α=90°平面板和α=135°及α =180°的曲面板，另备大小量筒及秒表各一只。 四、实验步骤 1．记录管嘴直径和作用力力臂。 2．安装平面板，调节平衡锤位置，使杠杆处于水平状态（杠杆支点上的气泡居中）。 3．启动抽水机，使水箱充水并保持溢流。此时水流从管嘴射出，冲击平板中心，标尺倾斜。加砝码并调节砝码位置，使杠杆处于水平状态，达到力矩平衡。记录砝码质量和力臂L 1。 4．用体积法测量流量Q 用以计算F 理。 5．将平面板更换为曲面板（α=135°及α=180°），测量水流对曲面板的冲击力并重新用体积法测量流量。 6．关闭抽水机，将水箱中水排空，砝码从杠杆上取下，结束实验。

武大水力学习题第7章 明槽恒定流动

第七章明槽恒定流动 1、缓变流一定是缓流，急变流一定是急流。 ( ) 2、棱柱形明渠中形成 S2型水面曲线时，其弗劳德数F r 沿程减小。 ( ) 3、S2 型水面曲线是发生在 ( ) (1) 缓坡渠道中的缓流 (2) 陡坡渠道中的缓流 (3) 缓坡渠道中的急流 (4) 陡坡渠道中的急流 4、在明渠渐变流中 ( ) (1)总水头线一定平行于底坡线(2)总水头线与自由水面相重合 (3)测压管水头线与自由水面一致(4)水面线与底坡线平行 5、发生水跃的充分必要条件是 ( ) (1)从层流过渡到紊流(2)从陡坡过渡到缓坡(3)从缓流过渡到急流(4)从急流过渡 到缓流 6、已知某水闸下游收缩断面水深h c0 = 0.6 m (相应的跃后水深h c0 = 3.5 m) ,临界水深 h c = 1.6 m，下游河道水深t = 1.4 m ,则闸下将发生 ( ) (1)远离水跃 (2) 临界水跃 (3) 淹没水跃 (4) 急流7、明渠中发生M3、S3、H3、A3 型水面曲线时，其弗劳德数F r ( ) (1)小于1 (2)等于1 (3)大于1 (4)无法确定 8、有两条梯形断面渠道 1和 2，已知其流量、边坡系数、糙率和底宽均相同，但底坡i1 > i2 ,则其均匀流水深h01和h02的关系为 ( ) (1)h01> h02(2)h01< h02(3)h01= h02(4)无法确定 9、有两条梯形断面渠道 1 和 2，已知其流量、边坡系数、底坡和糙率均相同，但底宽b1 > b2 ,则其均匀流水深h01和h02的关系为 ( ) (1)h01大于h02 (2)h01小于h02(3)相等 (4)无法确定 10、有两条梯形断面渠道 1 和 2，其流量、边坡系数、底宽及底坡均相同，但糙率n1 > n2，则其均匀流水深h01和h02的关系为 ( ) (1)h01大于 h02 (2)h01小于 h02(3)相等 (4) 无法确 定 11、有四条矩形断面棱柱形渠道，其过水断面面积、糙率、底坡均相同，其底宽b与均匀流水深h。有以下几种情况，则通过流量最大的渠道是 ( ) (1) b1 =4 m ，h01 =1m (2) b2 =2 m ，h02 = 2m (3) b3 = 2.83 m ，h03 = 1.414m (4) b4 = 2.67 m ，h04 = 1.5m 12、矩形明渠水流中，断面单位能量E s与势能 h 之比值E s/h =1.8时，水流的弗劳德数F r为( ) (1) F r >1.0 (2) F r <1.0 (3) F r =1.0 (4) 不定