第四章層流和紊流及水流阻力和水頭損失

./第四章 層流和紊流及水流阻力和水頭損失1、紊流光滑區(qū)的沿程水頭損失系數(shù)僅與雷諾數(shù)有關(guān),而與相對(duì)粗糙度無(wú)關(guān)。2、圓管紊流的動(dòng)能校正系數(shù)大于層流的動(dòng)能校正系數(shù)。3、紊流中存在各種大小不同的渦體。4、紊流運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)間不斷地變化,所以紊流不能按恒定流來(lái)處理。5、才公式既適用于有壓流,也適用于無(wú)壓流。6、只能代表X方向的紊流時(shí)均附加切應(yīng)力。7、臨界雷諾數(shù)隨管徑增大而增大。8、在紊流粗糙區(qū)中,對(duì)同一材料的管道,管徑越小,則沿程水頭損失系數(shù)越大。9、圓管中運(yùn)動(dòng)液流的下臨界雷諾數(shù)與液體的種類(lèi)及管徑有關(guān)。10、管道突然擴(kuò)大的局部水頭損失系數(shù)的公式是在沒(méi)有任何假設(shè)的情況下導(dǎo)出的。11、液體的粘性是引起液流水頭損失的根源。11、不論是均勻?qū)恿骰蚓鶆蛭闪?其過(guò)水?dāng)嗝嫔系那袘?yīng)力都是按線性規(guī)律分布的。12、公式即適用于管流,也適用于明渠水流。13、在逐漸收縮的管道中,雷諾數(shù)沿程減小。14、管壁光滑的管子一定是水力光滑管。15、在恒定紊流中時(shí)均流速不隨時(shí)間變化。16、恒定均勻流中,沿程水頭損失hf總是與流速的平方成正比。17、粘性底層的厚度沿流程增大。18、阻力平方區(qū)的沿程水頭損失系數(shù)與斷面平均流速v的平方成正比。19、當(dāng)管徑和流量一定時(shí),粘度越小,越容易從層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鳌?0、紊流的脈動(dòng)流速必為正值。21、繞流阻力可分為摩擦阻力和壓強(qiáng)阻力。22、有一管流,屬于紊流粗糙區(qū),其粘滯底層厚度隨液體溫度升高而減小。23、當(dāng)管流過(guò)水?dāng)嗝媪魉俜蠈?duì)數(shù)規(guī)律分布時(shí),管中水流為層流。24、沿程水頭損失系數(shù)總是隨流速的增大而增大。25、邊界層的流動(dòng)也有層流與紊流之分。26、當(dāng)雷諾數(shù)Re很大時(shí),在紊流核心區(qū)中,切應(yīng)力中的粘滯切應(yīng)力可以忽略。27、其它條件不變,層流摩擦力隨壓力的增大而〔⑴增大；⑵減小；⑶不變；⑷不定。28、按普朗特動(dòng)量傳遞理論,紊流的斷面流速分布規(guī)律符合1對(duì)數(shù)分布；2橢圓分布；3拋物線分布；4直線分布。29、其它條件不變,層流切應(yīng)力隨液體溫度的升高而1增大；2減小；3不變；4不定。30、其它條件不變,液體雷諾數(shù)隨溫度的增大而1增大；2減小；3不變；4不定。31、才系數(shù)C與沿程水頭損失系數(shù)的關(guān)系為1C與成正比；2C與1成正比；3C與2成正比；4C與成正比。32、A、B兩根圓形輸水管,管徑相同,雷諾數(shù)相同,A管為熱水,B管為冷水,則兩管流量1qvA>qvB;2qvA＝qvB;3qvA<qvB；4不能確定大小。33、圓管紊流附加切應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在1管壁；2管中心；3管中心與管壁之間；4無(wú)最大值。34、粘滯底層厚度隨Re的增大而1增大；2減小；3不變；4不定。35、管道斷面面積均為A<相等>,斷面形狀分別為圓形、方形和矩形,其中水流為恒定均勻流,水力坡度J相同,則三者的邊壁切應(yīng)力的相互關(guān)系如下,如果沿程阻力系數(shù)也相等,則三管道通過(guò)的流量的相互關(guān)系如下：1圓方矩,圓方矩；2圓<方<矩,圓<方<矩；3圓方矩,圓<方<矩；4圓<方<矩,圓方矩。36、圓管均勻?qū)恿髋c圓管均勻紊流的1斷面流速分布規(guī)律相同；2斷面上切應(yīng)力分布規(guī)律相同；3斷面上壓強(qiáng)平均值相同；4水力坡度相同。37、紊流部結(jié)構(gòu)分區(qū)的判別參數(shù)是1管壁絕對(duì)粗糙度；2管壁相對(duì)粗糙度；3粘滯底層厚度與管壁絕對(duì)粗糙度之比；4雷諾數(shù)。38、圖示兩管道的管長(zhǎng)L、管徑d、流量qv及水溫均相同,但測(cè)壓管水面差h1>h2,則兩管糙率n1與n2的關(guān)系為1n1>n2；2n1<n2；3n1=n2；4無(wú)法確定。39、才系數(shù)C的量綱是：1；2；3；41無(wú)量綱量。40、如圖A、B二種截面管道,已知二管長(zhǎng)度相同,通過(guò)流量相同,沿程水頭損失系數(shù)相同,則二管道的沿程水頭損失1hfAhfB；2hfAhfB；3hfAhfB；4尚不能確定大小。41、邊界層的外邊界線可看成是1一條流線；2一條跡線；3有旋流動(dòng)與有勢(shì)流動(dòng)的分界線；4層流與紊流的分界線。42、紊流附加切應(yīng)力等號(hào)右端的負(fù)號(hào)是由于_____________________________。43、圓管沿程水頭損失系數(shù)的影響因素分別是：層流＝f紊流光滑區(qū)＝f紊流過(guò)渡區(qū)＝f紊流粗糙區(qū)＝f44、水流臨界雷諾數(shù)可以作為判別流動(dòng)形態(tài)的準(zhǔn)則數(shù)。圓管流的臨界雷諾數(shù)Re=_________________,明槽流的臨界雷諾數(shù)Re=_________________。45、在紊流光滑區(qū),沿程水頭損失系數(shù)與相對(duì)粗糙度無(wú)關(guān)的原因是______________________________________________________________.。46、紊流形態(tài)可分為三個(gè)流區(qū),其判別標(biāo)準(zhǔn)是：光滑區(qū)________________,過(guò)渡區(qū)__________________,粗糙區(qū)_________________________。47、底寬與水深均為a的矩形斷面明渠和邊長(zhǎng)為a的正方形管道過(guò)水流時(shí),假定水力坡度相同,試求它們的邊壁切應(yīng)力之比;再假定沿程水頭損失系數(shù)亦相同,求它們的流量之比qv1／qv2。〔；48、動(dòng)力粘滯系數(shù)為的液體在寬度為b的矩形斷面明渠中作層流運(yùn)動(dòng)。已知液體深度為h,流速分別方程v=v0[1-<y/h>2],式中v0為表面流速。坐標(biāo)y由液面鉛直向下。若、b、v0為已知,求：<1>斷面平均流速；<2>渠底切應(yīng)力?！?lt;1><2>底=49、導(dǎo)出直徑為d的圓管的沿程水頭損失系數(shù)與管壁糙率n之間的關(guān)系式。設(shè)水流處于阻力平方區(qū)?！?0、圓管中的流速分布為。式中：為管中最大流速；為管道半徑,為任一液層處的半徑。試計(jì)算：<1>斷面平均流速v與的比值；〔0.817<2>點(diǎn)流速恰等于斷面平均流速處的半徑與的比值?！?.75751、有一圓形斷面輸水隧洞,長(zhǎng)度L=500m,直徑d=5m。當(dāng)通過(guò)流量qv=200m3/s時(shí),沿程水頭損失hv=7.58m。求沿程水頭損失系數(shù)?！?.014352、圖示為一傾斜放置的等直徑輸水管道。已知管徑d=200mm,A、B兩點(diǎn)之間的管長(zhǎng)l=2m,高差z=0.2m。油的重度g=8600N/m3。求：<1>A、B兩點(diǎn)之間的沿程水頭損失hf；〔0.0245m<2>A、B兩點(diǎn)的測(cè)壓管水頭差；〔0.0245m<3>圓管邊壁的切應(yīng)力0,并繪出圓管斷面的切應(yīng)力分布圖?！?N/m253、帶有兩個(gè)90。轉(zhuǎn)彎的管道,直徑d=100mm,長(zhǎng)度l=10m,沿程水頭損失系數(shù)λ=0.037,轉(zhuǎn)彎的局部水頭損失系數(shù)ξ=0.29,現(xiàn)取消兩彎段,但管長(zhǎng)和管段兩端的總水頭差均不變。問(wèn)流量能增加百分之幾？〔7.6%54、流速由v1變?yōu)関2的突然擴(kuò)大管道,為了減小水頭損失,可分為兩次擴(kuò)大,如圖所示。問(wèn)中間段流速v取多大時(shí),所產(chǎn)生的局部水頭損失最小？比一次擴(kuò)大的水頭損失小多少？〔；=55、如圖管道出口段長(zhǎng)l=2m,d=0.1m,通過(guò)=1000kg/m3的流體,流量qv=0.02m3/s,已知h=1.8m,求1>管道壁面切應(yīng)力w；2>該管段的沿程水頭損失系數(shù)?！睳/m2；56、在直徑d=32mm的管路中,流動(dòng)著液壓油,已知流量為3l/s,油液運(yùn)動(dòng)粘度=3010-2cm2/s,試確定：1>流動(dòng)狀態(tài);2>在此溫度下油的臨界速度。〔紊流；=1.88m/s57、用管徑d=75mm的管道輸送重油,已知g1=8.83kN/m3,運(yùn)動(dòng)粘度1=0.9cm2/s,如在管軸線上裝水銀壓差計(jì)的畢托管,水銀液面高差hp=20mm,求重油流量。g2=133.38kN/m3<下標(biāo)1為油,下標(biāo)2為水銀>〔l/s58、圓管直徑d=15cm,平均流速v=1.5m/s,水溫t=18。C,=0.01062cm2/s,已知沿程阻力系數(shù)=0.03,試求粘滯底層厚度。若水流速度提高至3.0m/s,0如何變化？又若流速不變,管徑增大到30cm,0又如何變化？<0=>〔1>0=0.0134cm2>0=3>0=59、油的流量qv=7.7ml/s,通過(guò)直徑d=6mm的細(xì)管,在l=2m長(zhǎng)的管段兩端裝有水銀壓差計(jì),壓差計(jì)讀數(shù)h=18cm,已知水銀hg=133.38kN/m3,油的og=8.43kN/m3,求油的運(yùn)動(dòng)粘度?！?0、水平管直徑d=100mm,管中裝一蝶閥。為測(cè)定蝶閥的局部水頭損失系數(shù),在蝶閥前后設(shè)有U形水銀壓差計(jì),如圖所示,當(dāng)管過(guò)流量qv=15.7升/秒時(shí),水銀柱高差h=500mm,設(shè)沿程水頭損失可以不計(jì),求蝶閥在該開(kāi)度時(shí)的局部水頭損失系數(shù)?！?1、適用時(shí)均流速分布的指數(shù)型公式,證明二元明渠流的動(dòng)能校正系數(shù)為。式中為斷面上時(shí)均最大流速,h為水深,y為從壁面到該點(diǎn)的距離,n為指數(shù)。62、證明在推導(dǎo)圓管突然擴(kuò)大局部水頭損失過(guò)程中,如果考慮壁面摩擦力<單位面積上的摩擦力為0>和沿程損失,所得結(jié)果與略去摩擦力和不計(jì)沿程損失的結(jié)果相同。63、若沿程水頭損失系數(shù)被取值的誤差為20,問(wèn)當(dāng)hf為常數(shù)時(shí),相應(yīng)計(jì)算出的流量誤差有多大？〔10%64、某灌溉系統(tǒng)的塑料管道,管徑d=50mm,管長(zhǎng)l=5m。已測(cè)得20秒出口出水量為200升,管道首末測(cè)壓管水頭差為0.5m,求管道糙率n和相應(yīng)的沿程水頭損失系數(shù)?！玻?5、圖示管道出口段長(zhǎng)l=10m,直徑d=0.1m,通過(guò)密度=1000kg/m3的流體,流量qv=0.02m3/s。已知h=0.2m,hm=0.1m,Hg=13.6,求：1>管道壁面切應(yīng)力w；2>該管段的沿程水頭損失系數(shù)?！?；0.03266、某管道的直徑,通過(guò)流量的水,水溫為200C；該管通過(guò)相同流量的重燃油,其運(yùn)動(dòng)粘度,試判斷以上兩種情況的流態(tài)。67、有一梯形斷面的排水溝,底寬,斷面的邊坡系數(shù)為1：1.5〔如圖示。當(dāng)水深,斷面平均流速,水溫為200C,試判別水流流態(tài)。如果水溫和水深都保持不變,問(wèn)斷面平均流速減到多少時(shí)水流方為層流？〔Vmax=0.21cm/s111.568、有一送風(fēng)系統(tǒng),輸送空氣的管道直徑,管的斷面平均流速,空氣溫度為100C。試判斷空氣在管的流動(dòng)形態(tài)。如果輸氣管的直徑改為100mm,求管道維持紊流時(shí)的最小斷面平均流速?！瞯C=0.282m/s69、在水深為h的寬矩形明槽中,水流維持恒定均勻紊流,利用紊流普適流速分布律公式〔4-2-23推導(dǎo)寬矩形明槽斷面平均流速的表達(dá)式,并計(jì)算水面以下何處的時(shí)均點(diǎn)流速等于其斷面平均流速。70、用高靈敏度的測(cè)速設(shè)備測(cè)得水流中A點(diǎn)的縱向和垂向的瞬時(shí)速度和,見(jiàn)下表,表中數(shù)據(jù)是每隔0.5s測(cè)得的結(jié)果。斷面平均流速為2.02m/s,試計(jì)算該點(diǎn)的〔1時(shí)均流速和；〔2縱向和垂向的相對(duì)紊動(dòng)強(qiáng)度；〔3紊動(dòng)附加切應(yīng)力。如果A點(diǎn)的流速梯度,求A點(diǎn)的混合長(zhǎng)度。渦粘度〔即紊動(dòng)動(dòng)力粘性系數(shù)及渦運(yùn)動(dòng)粘度〔即紊動(dòng)運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù),水溫為200C,試將、與相比較,兩者差別究竟有多大？〔〔12.02m/s；0；〔20.111；0.0677；〔327.33N/m2；〔40.6364m；105NS/m2；0.1053m2/s〔5測(cè)次123451.882.052.342.302.170.10-0.06-0.21-0.190.12測(cè)次6789101.741.621.931.982.190.180.210.06-0.04-0.10A點(diǎn)瞬時(shí)流速測(cè)定值〔單位：m/s71、有一供實(shí)驗(yàn)用的圓管,直徑為15mm,今進(jìn)行沿程水頭損失試驗(yàn),量測(cè)段管長(zhǎng)為4.0m,試問(wèn)：〔1當(dāng)流量時(shí),水流所處的流態(tài),并計(jì)算該量測(cè)段的沿程水頭損失；〔2當(dāng)水流處于由紊流至層流的臨界轉(zhuǎn)變點(diǎn)時(shí),量測(cè)段的流量和沿程水頭損失各為多少？設(shè)水溫為400C?！病?0.0103m；〔20.000037m3/s；0.0191m72、直徑的管道長(zhǎng),輸送重度的重油,其重量流量〔h為小時(shí),試計(jì)算油溫從〔運(yùn)動(dòng)粘度變到〔時(shí),管道的損失功率的變化。并說(shuō)明你做完此題后得到的啟示。〔hf1=438m,N1=289KW,hf2=23.6m,N2=17.35KW73、半徑的輸水管在水溫下進(jìn)行試驗(yàn),所得數(shù)據(jù)為斷面平均流速及沿程水頭損失系數(shù)。求〔1和處的切應(yīng)力；〔2如果流速分布曲線在處的時(shí)均流速梯度為4.34/s,該點(diǎn)的粘性切應(yīng)力和紊流附加切應(yīng)力；〔3設(shè)混合長(zhǎng)度采用沙特克維奇公式,試求處的混合長(zhǎng)度和卡門(mén)常數(shù)?！?lt;1>=8.45Pa,τ=0<r=0時(shí)>；<2>τ1=4.94×10-3Pa,τ2=8.445Pa；<3>l=0.021m,κ=0.3959774、若要一次測(cè)得圓管層流的斷面平均流速,試問(wèn)比托管應(yīng)放在距離管軸多遠(yuǎn)處？〔r=0.707r075、有三個(gè)管道,其斷面形狀分別為如圖示的圓形、正方形和矩形,它們的過(guò)水?dāng)嗝娣e相等,水力坡度也相等。試求：〔1三者邊壁上的平均切應(yīng)力之比；〔2當(dāng)沿程水頭損失系數(shù)相等時(shí),三者的流量之比?！病?1.0:0.886:0.837；〔21.0:0.9461:0.91576、推求圓管和寬矩形明槽在層流流速分布條件下的動(dòng)量修正系數(shù)?！拨痢瘓A管=1.33,α’寬矩形=1.277、若圓管紊流光滑區(qū)的流速分布服從指數(shù)規(guī)律,即有。求證動(dòng)能修正系數(shù)和動(dòng)量修正系數(shù)分別為：和,并推求混合長(zhǎng)度的數(shù)學(xué)表達(dá)式.78、推求指數(shù)流速分布條件下的寬矩形明槽的及混合長(zhǎng)度的表達(dá)式.〔α=,α’=79、根據(jù)例題4-12所提供的數(shù)據(jù),計(jì)算從左水箱到右水箱的連接管的所有水頭損失的數(shù)據(jù),繪制水頭線圖.80、有甲乙兩輸水管,甲管直徑為200mm,當(dāng)量粗糙度為0.86mm,流量為0.00094;乙管直徑為40mm,當(dāng)量粗糙度為0.19mm,流量為0.0035,水溫為150C,試判別兩根管中水流處于何種流區(qū)。如果處于水力光滑區(qū)請(qǐng)用布拉休斯公式計(jì)算;如果處于過(guò)渡區(qū)可先用Jain公式計(jì)算.最后計(jì)算兩管的水力坡度?！布坠?光滑區(qū)J=0.00000852；乙管:紊流過(guò)度區(qū),λ=0.0311,J=0.30881、有三根直徑相同的輸水管,直徑,通過(guò)的流量均為,管長(zhǎng)均為,各管的當(dāng)量粗糙度分別為,水溫為200C,用查穆迪圖的方法求各管中的沿程水頭損失,水力坡度,摩阻流速和各管中的損失功率.〔hf1=38.7m,J1=0.0387,u*1=0.0974m/s,N1=5.689KW；hf2=55.837m,J2=0.0558,u*2=0.117m/s,N2=8.207KW； hf3=106.1m,J3=0.106,u*3=0.161m/s,N3=15.6KW82、試根據(jù)圓管層流中的公式,水力光滑管中公式及完全粗糙區(qū)的分析沿程水頭損失與斷面平均流速之間的關(guān)系。83、有一梯形斷面的渠道,已知：底寬,均勻流水深,邊坡系數(shù)1：1,渠道的粗糙系數(shù)〔即糙率,通過(guò)的流量,試求在每公里渠道長(zhǎng)度上的水頭損失及摩阻流速和沿程水頭損失系數(shù)?！裁壳组L(zhǎng)渠上損失沿程水頭0.148m,u*=0.0553m/s,λ=0.024584、如圖示有兩個(gè)水池。其底部以一水管連通。在恒定的水面差的作用下,水從左水池流入右水池。水管直徑,當(dāng)量粗糙度,管總長(zhǎng),直角進(jìn)口,閘閥的相對(duì)開(kāi)度為,900緩彎管的轉(zhuǎn)變半徑,水溫為200C,管中流量為。求兩水池水面的高差?？梢哉J(rèn)為出水池〔即右水池的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e遠(yuǎn)大于水管的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e?！?.81m85、設(shè)計(jì)一給水管道,其直徑已定,今就其長(zhǎng)度研究Ⅰ和Ⅱ兩種方案,第Ⅱ方案比第Ⅰ方案短25%。若水塔