作业3 答案 (第5章、第6章)
第5章
一、选择题
1. 管道中液体的雷诺数与( D )无关。
A. 温度 B. 管径 C. 流速 D. 管长
2. 某圆管直径d=30mm,其中液体平均流速为20cm/s。液体粘滞系数为0.0114cm3/s,则此管中液体流态为( B )。
A. 层流 B. 层流向紊流过渡 C.紊流
3.等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是 ( D )
A呈抛物线分布 B. 呈对数线分布
C.呈椭圆曲线分布 D. 呈双曲线分布
4.等直径圆管中的层流,其过流断面平均流速是圆管中最大流速的( C )
A 1.0倍 B.1/3倍 C. 1/4倍 D. 1/2倍
5.圆管中的层流的沿程损失与管中平均流速的( B )成正比.
A. 一次方 B. 二次方 C. 三次方 D. 四次方
6.圆管的水力半径是 ( A )
A. d/2 B. d/3 C. d/4 D. d/5.
7、 谢才公式中谢才系数的单位是( C )
A. 无量纲 B.
C.
D.
8. 判断层流和紊流的临界雷诺数是 ( C )
A.上临界雷诺数 B.下临界雷诺数
C.上下临界雷诺数代数平均 D.上下临界雷诺数几何平均
二、判断题
1. 层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。 ( 正确 )
2. 壁面光滑的管道一定是水力光滑管。 ( 错误 )
3. 在过流断面突变处一般发生局部水头损失。 ( 正确 )
4. 等直径圆管中的层流,其过流断面平均流速是圆管中最大流速的1/2倍 ( 正确 )
5.流体内切应力方向与流体运动方向相同。 ( 错误 )
6.阻力平方区内阻力系数与雷诺数无关。 ( 正确 )
三、简答题
1. 圆管中层流与紊流,其流速分布有什么不同?
答: 层流为抛物线分布,紊流为对数曲线分布.(也可以画图)
2. 简述尼古拉兹实验中沿程阻力系数λ的变化规律。
答: 尼古拉兹实验揭示了沿程阻力系数λ的变化规律,文字
表
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述或数学公式表述.
层流:
;水力光滑区:
;过渡粗糙区:
粗糙区(阻力平方区) :
.
3.写出管流和明渠水流雷诺数的表达式,并说明其层流、紊流的判别标准?
答: 管流:
(层流)
(紊流)
明渠水流:
(层流)
(紊流)
4.雷诺数
的物理意义?它为什么能用来判别流态?
答: 雷诺数实质是反映粘性力与惯性力之比。层流时惯性力不大,而粘性力占主导,受粘性力的约束,流体质点做规则运动。紊流时惯性力占主导,受到干扰形成涡体,当粘性力约束不了涡体时,流体质点互相掺混,所以用雷诺数可以来判别流态。
5.当输水管直径一定时,随流量增大,雷诺数是增大还是变小?当输水管流量一定时,随管径加大,雷诺数是增大还是变小?
答: 当输水管直径一定时,随流量增大,雷诺数增大;
当输水管流量一定时,随管径加大,雷诺数变小。
6.两个不同管径的管道,通过不同粘滞性的液体,它们的临界雷诺数是否相同?
答:不一定。
7.能量损失有几种形式?产生能量损失的物理原因是什么?
答: 有沿程能量损失和局部能量损失两种。一是因为流体具有粘滞性,二是因为固体边界条件的影响。
四、计算题 (解体思路与答案)
1. 有已输油管,管长
,管径
,已知油的密度
,动力粘滞系数
。当通过输油管的流量
时,判断液流的流态,计算输油管的沿程水头损失
。
解:(1) 计算雷诺数判别流态。
(2) 计算沿程阻力系数λ。
(3) 计算沿程水头损失
。
答案:层流 沿程水头损失
=25.74m(油柱)
2.水管直径
,管中水流流速
,水温
,(1)试判别其流态;(2)若流速与水温不变,管径改变为
,管中流态又如何?(3)若流速与水温不变,管流由层流转变为紊流时,水管直径为多大?
解: (1) 查表, 求运动粘滞系数
, 计算雷诺数判别流态。
答案:层流
(2)同上 答案:紊流
(3)设雷诺数等于2000,求管径。
答案:
3.有一圆管,在管内通过
的水,测得通过的流量为
,在管长15m的管段上测得水头损失为2cm,试求该圆管内径d。
解:(1)设管中水流为层流,推导出沿程阻力系数λ表达式并代入数据;
(2)将上式再代入达西公式
并化简,代入数据求管径。
答案:
4.水管直径
,管中水流流速
,水温
,试判别其流态。
解:答案:紊流
5.凝土明渠中水流为均匀流,水力坡度
,明渠底宽为
,水深
,粗糙系数
,计算明渠中通过的流量(分别用曼宁公式和巴氏公式计算)。
解:此渠道为矩形渠道,
① 计算出水力要素:面积A,湿周
,水力半径R,
② 用曼宁公式和巴氏公式计算谢齐系数C,
③ 谢齐公式计算流速;
④ 计算量
答案:
(用曼宁公式计算)
(用巴氏公式计算)
6.水箱侧壁接出一根由两段不同管径所组成的管路。已知
,
,
,管道的当量粗糙度
,水温为
。若管道的出口流速
,求(1)水位H;(2)绘出总水头线和测压管水头线。
解:(1)计算管中的雷诺数判断流态.。(第1条管道在水力光滑区,第2条管道在紊流
粗糙区)。
(2)用经验公式计算沿程阻力系数
(3)两管联接处为突然放大的局部阻力系数,进口局部阻力系数
(4)沿程阻力系数
选取公式有别,结果可不同。
答案:
7.某一水池,水位恒定,通过一根管径
、管长
的管道,已知水池水面和管道出口高差
,管道上有两个弯头,每个弯头的局部阻力系数
,管道进口是直角进口(
)管道全长的沿程阻力系数
,试求通过管道的流量。
解:管道作用水头等于沿程水头损失与局部水头损失之和。沿程阻力系数、局部阻力系数已知,可用公式直接求解。
答案:
第6章
一、选择题
1. 虹吸管正常工作,其顶部的真空值一般不大于( B )水柱高。
A. 6.0m B. 7.5m C. 9m D.10m
2. 短管淹没出流的计算时,作用水头为( B )。
A. 短管出口中心至上游水面高差;B短管出口中心至下游水面高差;
C. 上下游水面高差
3.外延管嘴正常工作的条件是( D )
A.管长大于3-4倍的管径 B.作用水头小于0.75
C. 作用水头大于0.75
D. 管长
=(3-4)d ,作用水头
0.75
4.按短管进行水力计算的管路是 ( C )( D )
A.虹吸管 B.环状管网 C.支状管网 D.倒虹吸管
二、判断题
1.计算阻力损失时,短管既要考虑局部阻力损失,也要考虑沿程阻力损失,长管计算同样也要考虑这两项损失。( 错误 )
2.长管是指几何长度很长的管道。( 正确 )
3.孔口淹没出流时,孔口淹没越深,其出流的流速和流量就越大。(正确 )
4.管嘴收缩断面的真空度与作用水头成正比,作用水头越大,收缩断面的真空度越大,泄
流量也越大。(正确)
5.同一短管,在自由出流和淹没出流条件下,流量计算公式的形式及流量系数
的数值均
相同。( 正确 )
6、 两孔口形状、尺寸完全相同,作用水头相同,一个为自由出流,一个为淹没出流,二者的流量是相同的。 (错误 )
三、简答题
1. 为什么管嘴出流时,阻力增加了,泄流量反而增大?
答:因为在管嘴进口收缩断面处形成了负压,相当增加了作用水头,在相同条件下管嘴出流比孔口出流的流量大。
2. 写出薄壁小孔口出流的收缩系数
,流速系数
和流量系数
的表达式。
答:P117—P118
3. 外延管嘴的正常工作条件是什么?
答:管嘴长:
,作用水头 :
4. 为什么外延管嘴出流比同等条件下孔口出流的流量大?
答:(与1重复)
四、计算题 (解体思路与答案)
1.有一虹吸管,作用水头
,管长
,管径
,沿程损失系数
,进口设拦污栅,进口局部损失系数
,弯管局部损失系数
。求该虹吸管的过流量、管中最大真空值,并定性绘出其测压管水头线。
解:此题属短管的水力计算,可以用能量方程求解,也可直接用公式。要点有2 。
① 局部损失系数要考虑周全(共3个)。
2 此题,管中最大真空值发生在最高处。
答案:
2. 一水塔供水系统如图所示,已知管道末端要求的自由水头Hz=10m,管径d1=450mm,d2=350mm,d3=250mm,管长L1=100m,L2=100m,L3=100m,q1=0.10
,q2=0.08
,q3=0.05
,管道的粗糙系数n=0.02。试确定水塔高度H。
解:此题属短管的水力计算,,也可直接用公式求解。要点有3 。
① 长管公式要记住,应注意修正。
2 管中(节点)流量要算对。
3 题目中给出了管道的粗糙系数,意指管流在粗糙区,不必修正,但要记住以下公式,
答案:H=15.1m
3. 圆形有压涵管穿过路基,管长
,管径
,上下游水位差
,管路沿程阻力系数
,局部阻力系数:进口
,弯管
,水下出口
,求通过流量?
解:此题属短管的水力计算,,也可直接用公式求解。要点是局部损失系数要考虑周全(共4个)
答案: