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)X僅與雷諾數(shù)有關，而與相對粗糙度無關。（）

2、圓管紊流的動能校正系數(shù)大于層流的動能校正系數(shù)。（）

3、紊流中存在各種大小不同的渦體。（）

4、紊流運動要素隨時間不斷地變化，所以素流不能按恒定流來處理。（）

5、謝才公式既適用于有壓流，也適用于無壓流。（）

6,T=-puU只能代表X方向的紊流時均附加切應力。（）

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、圓管中運動液流的下臨界雷諾數(shù)與液體的種類及管徑有關。（）

10、管道突然擴大的局部水頭損失系數(shù)C的公式是在沒有任何假設的情況下導出的。（）

11、液體的粘性是引起液流水頭損失的根源。（）

11、不論是均勻層流或均勻紊流，其過水斷面上的切應力都是按線性規(guī)律分布的。（）

12、公式t=pgRJ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、在恒定素流中時均流速不隨時間變化。（）

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)4與斷面平均流速v的平方成正比。（）

19、當管徑和流量一定時，粘度越小，越容易從層流轉變?yōu)槲闪?。（?/p>

20、紊流的脈動流速必為正值。（）

21、繞流阻力可分為摩擦阻力和壓強阻力。（）

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、當管流過水斷面流速符合對數(shù)規(guī)律分布時，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、邊界層內的流動也有層流與紊流之分。（）

26、當雷諾數(shù)Re很大時，在紊流核心區(qū)中，切應力中的粘滯切應力可以忽略。（）

27、其它條件不變，層流內摩擦力隨壓力的增大而（）

（1）增大：⑵減?。孩遣蛔儯孩炔欢ā?/p>

28、按普朗特動量傳遞理論，紊流的斷面流速分布規(guī)律符合（）

（1）對數(shù)分布：（2）桶圓分布；（3）拋物線分布；（4）直線分布o

29、其它條件不變，層流切應力隨液體溫度的升高而（）

（1）增大；（2）減??；（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、謝才系數(shù)C與沿程水頭損失系數(shù)九的關系為（）

（1）C與九成正比；（2）C與1/九成正比：（3）C與九2成正比：（4）C與1/JI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（）

（1）qvA＞qvB;（2）qvA=qvB;（3）qvA＜qvB；（4）不能確定大小。

33、圓管紊流附加切應力的最大值出現(xiàn)在（）

（1）管壁：（2）管中心：（3）管中心與管壁之間：（4）無最大值。

34、粘滯底層厚度3隨Re的增大而（）

（1）增大：（2）減?。海?）不變：（4）不定。

35、笥道斷面面積均為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,

則三者的邊壁切應力品的相互關系如下，如果沿程阻力系數(shù)九也相等，則三管道通過的流量的相互關系如下：（）

(I)%圓>丁o方＞丁0矩,/圓＞/方＞/矩

(2)二。圓v“o方＜7矩,以圓＜/方＜叫矩

(3)。。圓>7方＞矩,/圓＜/方＜/矩

(4)%圓<丁。方＜%矩,/圓＞/方＞/矩

一1

k—2b—J

36、圓管均勻層流與圓管均勻素流的)

(1)斷面流速分布規(guī)律相同：(2)斷面上切應力分布規(guī)律相同：

(3)斷面上壓強平均值相同：(4)水力坡度相同。

37、紊流內部結構分區(qū)的判別參數(shù)是)

(1)管壁絕對粗糙度：(2)管壁相對粗糙度

(3)粘滯底層厚度與管壁絕對粗糙度之比；(4)雷諾數(shù)。

38、圖示兩管道的管長L、管涇d、流量qv及水溫均相同，但測壓管水面差hl>h2，則兩管糙率nl與n2的

關系為()

(1)nl>n2；(2)nl<n2；(3)nl=n2；(4)無法確定。

39、謝才系數(shù)C的量綱是：()

(1)L；(2)L2Tl：(3)L'T2；(4)[.]無量綱量。

40、如圖A、B二種截面管道，已知二管長度相同，通過流量相同，沿程水頭損失系數(shù)相同，則二管道的沿

程水頭損失(

(1)hfA>hl'B；(2)hfA=hlB；(3)hfA<hfB；(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)有旋流動與有勢流動的分界線：(4)層流與紊流的分界線。

42、紊流附加切應力〒=-石配等號右端的負號是由于.

43、圓管沿程水頭損失系數(shù)九的%響因素分別是：

層流Z=f()紊流光滑區(qū)X=f()

紊流過渡區(qū)X=f()紊流粗糙區(qū)?v=f()

44、水流臨界雷諾數(shù)可以作為判別流動形態(tài)的準則數(shù)。圓管流的臨界雷諾數(shù)Rc=,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)九與相對粗糙度無關的原因是

46、紊流形態(tài)可分為三個流區(qū)，其判別標準是：光滑區(qū)_______________,過渡區(qū)__________________,粗糙區(qū)

47、底寬與水深均為a的矩形斷面明渠和邊長為a的正方形管道通過水流時，假定水力坡度相同，試求它們的

邊壁切應力之比3/和；再假定沿程水頭損失系數(shù)X亦相同，求它們的流量之比qvi/qv2.

(—也=2)

J3qv2石

48、動力粘滯系數(shù)為M的液體在寬度為b的矩形斷面明渠中作層流運動。已知液體深度為h,流速分別方程

v=v0(l-(y/h)2],式中vo為表面流速。坐標y由液面鉛直向下。若小b、v0為已知，求：(1)斷面平均流速：

(2)渠底切應力。((l)v=-u0(2)二底=四1)

3n

49、導出直徑為d的圓管的沿程水頭損失系數(shù)九與管壁糙率n之間的關系式。設水流處F阻力平方區(qū)。

（入=12.7竽）

d%

50、圓管中的流速分布為u=Um(l-r/r°)%。式中：““為管中最大流速；外為管道半徑，廠為任一淺層處的半徑。

試計算：(。斷面平均流速v與q的比值；()

(2)點流速恰等于斷面平均流速處的半徑%與%的比值。(0.757)

51、有一圓形斷面輸水隧洞，長度L=500m,直徑d=5mu當通過流量qv=200nWs時，沿程水頭損失hv=7.58m。

求沿程水頭損失系數(shù)3(0.0143)

52、圖示為一傾斜放置的等直徑輸水管道。已知管徑d=200mm,A,B兩點之間的管長1=2m,高差△z=0.2m。油

的重度pg=8600N/mJo

求：(I)A、B兩點之間的沿程水頭損失hr；(0.0245m)

(2)A、B兩點的測壓管水頭差；(0.0245m)

(3)1員I管邊壁的切應力并繪;H圓管斷面的切應力分布圖。<6N/m2)

53、帶有兩個90轉彎的管道，直徑d=l(X)mm,長度l=10m,沿程水頭損失系數(shù)人，轉彎的局部水頭損失系

數(shù)&，現(xiàn)取消兩彎段，但管長和管段兩端的總水頭差均不變。問流量能增加百分之幾？(7.6%)

54、流速山vl變?yōu)関2的突然擴大管道，為了減小水頭損失，可分為兩次擴大，如圖所示。問中間段流速v取多

大時，所產生的局部水頭損失最?。勘纫淮螖U大的水頭損失小多少？(v=：('+v,)；h=-[^-L])

222g

55、如圖管道出口段長1=2m,d=0.1in,通過p=lOOOkg/nf的流體，流量qv=0.02mVs,已知h=1.8m,求I)

管道壁面切應力Tw；2)該管段的沿程水頭損失系數(shù)入°(元=23.44N/m?；1=0.03)

56、在直徑d=32mm的管路中.流動者液壓油.已知流量為3Us.油液運動粘度u=30y102cm2/s，試確定：

1)流動狀態(tài)；2)在此溫度下油的臨界速度。(紊流：vc=1.88m/s)

57、用管徑d=75mm的管道輸送市.油，已知pgi=8.83kN/m3,運動粘度vl=0.9cm2/s?如在管軸線上裝水銀壓

差計的畢托管，水銀液面高差hp=20mm?求重油流量。pg2=133.38kN/m“下標I為油，下標2為水銀)

(q、,=5.21l/s)

58、圓管直徑d=15cm?平均流速v=1.5m/s,水溫t=18C,v=0.01062cm2/s,已知沿程阻力系數(shù)入，試求粘

滯底層厚度。若水流速度提高至3.0m/s,50如何變化？又若流速不變，管徑增大到30cm,&)又如何變化？(So

32

=--'—f=)(I)8o=O.0134cm2)§o=0.0067cm3)6()=0.0134cm)

RcV/l

59、油的流量q、，=7.7ml/s,通過直徑d=6n】m的細管，在I=2m長的管段兩端裝有水銀壓差計.壓差計讀數(shù)

h=18cm,已知水銀phg=133.38kN/m3,油的pog=8.43kN/n?,求油的運動粘度。(v=0.54cm2/s)

60、水平管直徑d=100mm,管中裝一蝶閥。為測定蝶閥的局部水頭損失系數(shù)，，在蝶閥前后設有U形水銀壓差

計，如圖所示，當管中通過流量qv=15.7升/秒時，水銀柱高差h=500mm,設沿程水頭損失可以不計，求蝶閥在

該升度時的局部水頭損失系數(shù)。<匕=3.09）

T

h

-L

，_（2）"，證明二元明渠流的動能校正系數(shù)為a/"°式中V，…

61、適用時均流速分布的指數(shù)型公式v

h1+3〃

為斷面上時均最大流速，h為水深，y為從壁面到該點的距離，n為指數(shù)。

62、證明在推導圓管突然擴大局部水頭損失過程中，如果考慮壁面摩擦力（單位面枳上的摩擦力為to）用沿程損失，

所得結果與略去摩擦力和不計沿程損失的結果相同。

63、若沿程水頭損失系數(shù)4被取值的誤差為±20%,問當hf為常數(shù)時，相應計算出的流量誤差有多天？(10%)

64、某灌溉系統(tǒng)的塑料管道，管徑d=50mm,管長1=5m。已測得20秒內出口出水量為200升，管道首末測壓

管水頭差為0.5m,求管道糙率n和相應的沿程水頭損失系數(shù)晨（九=0.00849：n=0.005）

65、圖示管道H；口段長1=10m.直徑m,通過密度p=1000kg/nP的流體，流量qv=0.02m3/So已知h=0.2in,hm=0.1

m.pp,求：1）管道壁面切應方tw：2）該管段的沿程水頭損失系數(shù)九。（25.97N/m2）

66、某管道的直徑d=I（X?〃〃，通過流量Q=0.004/〃'/s的水，水溫為20℃；該管通過相同流量的市燃油，其運

動粘度v/=1.5xl（廣/療is,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〃=70cm,斷面的邊坡系數(shù)為I：1.5（如圖示）。當水深/?=40c〃?，斷面平均流

速D=5.0O〃/S,水溫為20吧試判別水流流態(tài)。如果水溫和水深都保持不變，問斷面平均流速減到多少時水流方

為層流？（V?x=0.21cm/s）

68、有?送風系統(tǒng)，輸送空氣的管道立徑d=400〃〃?，管內的斷面平均流速u=12w/s,空氣溫度為10℃。試判

斷空氣在管內的流動形態(tài)。如果輸氣管的直徑改為100mm,求管道內維持紊流時的最小斷面平均流速。（vc）

69、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）推導寬矩形明槽

斷面平均流速°的表達式11“-v=u./K,并計算水面以下何處的時均點流速等于其斷面平均流速。

70、用高靈敏度的測速設備測得水流中A點的縱向和垂向的瞬時逗度U，和U、，見下表，表中數(shù)據(jù)是每隔0.5s測得

的結果。斷面平均流速為2.02m/s,試計算該點的（1）時均流速1和￡,；（2）縱向和垂向的相對紊動強度；（3）紊

動附加切應力1。如果A點的流速梯度加，/力=0.26/5,求A點的混合長度渦粘度（即紊動動力粘性系數(shù)）

11及渦運動粘度（即紊動運動粘性系數(shù)）￡，水溫為20。（2,試將n、￡與卜LV相比較，兩者差別究竟有多大？

G（4）0.6364m；105NS/ma/s（5）1.05x10$）

測次12345

W,

(

測次678910

A點瞬時流速測定值（單位：nVs）

71,有?供實驗用的圓管，直徑為15mm,今進行沿程水頭損失試驗，量測段管長為4.0m,試問：（1）當流量

Q=0.00002m'/s時，水流所處的流態(tài)，并計算該量測段的沿程水頭損失；（2）當水流處于由紊流至層流的臨界轉

變點時，量測段的流量和沿程水頭損失各為多少？設水溫為40叫s：0.0191m）

72、直徑d=300mm的管道長1=5km,輸送重度y=9.66kN/nd的重油，其重量流量G=2373k、/h（h為小

時），試計算油溫從L=10”C（運動粘度％=25cm"s）變到t2=400C（?=1.5cm，/s）時，管道的損失功

率的變化。并說明你做完此題后得到的啟示。（hfl=438m,N1=289：<W,h?=23.6m,N2）

73、半徑弓=15W〃〃的輸水管在水溫/=15°C下進行試驗，所得數(shù)據(jù)為斷面平均流速V=3.（）〃7/S及沿程水頭損失

系數(shù)4=0.015。求（1）/?=0.5%和r=0處的切應力：（2）如果流速分布曲線在「=0.5小處的時均流速梯度為4.34/$,

該點的粘性切應力和素流附加切應力：（3）設混合長度I采用沙特克維奇公式/二試求/?=0.56處的混

合長度和卡門常數(shù)K°

3

((1)=8.45Pa,t=0(r=0時)；(2)T,X10Pa,T2=8.445Pa：(3)1=0.021m,K)

74、若要一次測得圓管層流的斷面平均流速，試問比托管應放在距離管軸多遠處？（）

75、有三個管道，其斷面形狀分別為如圖示的圓形、止方形和矩形，它們的過水斷面積相等，水力坡度也相等。試

求：（1）三者邊壁上的平均切應力之比；（2）當沿程水頭損失系數(shù)入相等時，三者的流量之比。

（（D）

b

2b

76、推求圓管和寬矩形明槽在層流流速分布條件下的動量修正系數(shù)a。（a.麗=1.33,a.寬錦）

77、若圓管紊流光滑區(qū)的流速分布服從指數(shù)規(guī)律，即有“=〃>_（）'〃；）、求證動能修正系數(shù)a和動量修正系數(shù)a分

別為：a=J+Dg+2）\和3=（"+/"〃+?,并推求混合長度/的數(shù)學表達式.

4（3〃+1）（3〃+2）4（2〃+1）

Q二皿)

(n十尸

78、推求指數(shù)流速分布條件下的寬矩形明槽的a,a及混合長度/的表達式.

3n+l2n+l

79、根據(jù)例題4-12所提供的數(shù)據(jù)，計算從主水箱到右水箱的連接管的所有水頭損失的獨據(jù)，繪制水頭線圖.

80、有甲乙兩輸水管，甲管直徑為200mmmmm'/s；乙管直徑為40mmmmm'/s,水溫為15℃,試判別兩根管中水流處

于何種流區(qū)。如果處「水力光滑區(qū)請用布拉休斯公式計算Q如果處于過渡區(qū)可先用Jain公式計算除最后計算兩管的

水力坡度J。

（甲管:光滑區(qū)J=0.00000852；乙管:紊流過度區(qū)，X）

81、有三根直徑相同的輸水管，直徑d=100mm，通過的流量均為Q=0.015nr/s,管長均為I=1000m.各管的當量

粗糙度分別為A=0.1mm.A2=0.4mm.A3=3mm.水源為20。仁不杳穆迪圖的方法求各管中的沿程水頭福失人，.水

力坡度J,摩阻流速u.和各管中的損失功率.（hn=38.7m，1=0.0387,u..=0.0974m/s,N,=5.689KW:

hrj=in,Jz=0.0558,u.z=0.117m/s,N2=8.207KW；hf3=m,J3=0.106.iLa=0.161m/s,Nj）

82、試根據(jù)圓管層流中的/l=64/Rc公式，水力光滑管中a=0.316也小必公式及完全粗糙區(qū)的4=0.1Q/d）?分

析沿程水頭損失h,與斷面平均流速u之間的關系。

83、有一梯形斷面的渠道，己知：底寬。=10w，均勻流水深〃=3〃?，邊坡系數(shù)1：1,渠道的粗糙系數(shù)（即糙率）

〃=0.02,通過的流量Q=39"http://s,試求在每公里渠道長度上的水頭損失及摩阻流速和沿程水頭損失系數(shù)。

（每千米長渠上損失沿程水頭0.148m,u.=0.0553m/s,入）

84、如圖示有兩個水池。其底部以一水管連通。在恒定的水面差H的作用下，水從左水池流入右水池。水管直徑

d=5（XJmm,當量粗糙度△=0.6mm,管總長l=直角進口，閘閥的相對開度為5/8,900級彎管的轉變半

徑R=2d,水溫為2O°C,管中流量為O.5〃J/s。求兩水池水面的高差H?？梢哉J為出水池（即右水池）的過水斷

面面積遠大于水管的過水斷面面積。（3.81m）

85、設計一給水管道，其直徑d已定，今就其長度I研究I和II兩種方案，第H方案比第I方案短25%。若水塔的水

面高程不變，另因水管都很長，可以不計局部水頭損失和流速水頭，試就光滑管和完全粗糙管兩種流區(qū)情況分別推

求兩種方案的流量比QH/QI。（光滑管區(qū)QMQi=l.179,粗糙區(qū)Qn/Qi=l.155）

86、如圖示用水泵從蓄水池中如水，蓄水池中的水由自流管從河中引入。白流管長乙=20〃?，管徑4=150mm,

吸水管K=12m.管徑d‘=150mm,兩管的當量粗糙度均0.6mm河流水面與水奴進口斷面中點的高差h=2.0m.

自流管的蓮蓬頭進口，自流管出口入池，吸水管的帶底閥的蓮蓬頭進口以及吸水管的緩彎頭的局部水頭損失系數(shù)依

次為t=0.2,&,=1.0,3=6.0.￡=0.3,水泵進口斷面處的最大允許真空高度為6.0m水頭高。求最大的抽水流量。

水溫為20(7s)

87、有一惻形斷面有壓隧洞,長1=2()()tn,通過流量Q=700m',如果洞的內壁不加襯砌,其平均直譯4=7.8m.

糙率n=O.O33；如果用混凝土襯砌，則宜徑d2=7.Om,糙率n=0.014：試問襯砌方案比不襯砌方案沿程水頭損

失減少幾多？(hfl-hH19.21-6.16=13.05m)

88、某新鑄鐵管路，當量粗糙度△=0.3mm，管徑d=200mm，通過流量Q=0.06m'/s,管中有一個90°折角彎

頭，今欲減少其水頭損失擬將90°折角彎頭換為兩個45°折角彎頭，或者換為一個緩彎90°角彎頭(轉彎攜徑R=lm),

水溫為2(TC。試求：(1)三種彎頭的局部水頭損失之比：(2)每個彎頭相當于多少米長管路的沿程水頭損失。((1)

3產1.1,C2=0.35,Cs=0.1316,(2)1^4.78m,L=3.04m,IE.57m,)

89、直徑d=lcm的小球，在靜水中以勻速v=0.4m/s下沉，水溫為2aC,試求：(1)小球受的阻力F；(2)小球

的比重s。()

90、利用公式(4222),即紊流流核的普郎特普適速度分布律，推導其斷面平均流速v的表達式(4224)。

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第四章層流和紊流及水流阻力和水頭損失

1、N)2、(X)3、(V)4、(X)5、N)6、(X)7、(x)8、(V)9、(x)10、(x)11、(4)12、(V)13、(x)14、(x)

15、(V)16、(x)17、(x)18、(x)19、(320、(x)21、(V)22、(Y)23、(x)24、(x)25、(、)26、N)

27、(3)28、(1)29、(2)30、(1)31、(4)32、(3)33、(3)34、(2)35、(1)36、(2)37、(3)38、(1)39、

⑵40、(3)41、(3)42、的符號相反的機率很大，而〒取正值。43、層流：X=f(Re)：紊流光滑

vdvR

區(qū)：A=f(Re)：紊流過渡區(qū)：(Re,7/△)；紊流粗糙區(qū)：(%/△)44,Rec=^-;Rec=-^—,

VV

45、粘滯底層厚度6比絕對粗糙度△大得多，粘滯底層把壁面粗糙完全掩蓋，以致壁面粗糙對水流運動不起影響作用。

46、光滑區(qū)(金~<0.4);過渡區(qū)(0.4<'~<6)；粗糙區(qū)(白>6)?47、⑴三~=±：(2)—=^=

2或%3qv2后

22un