2025年管道計(jì)算考試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共10分）1.某輸水管路中，水溫為20℃（運(yùn)動粘度ν=1.007×10??m2/s），管徑d=150mm，流速v=1.2m/s，其雷諾數(shù)Re為（）。A.1.78×10?B.1.80×10?C.1.82×10?D.1.84×10?2.流體在圓管中作湍流流動時(shí)，若僅增大管壁的當(dāng)量粗糙度Δ，其他條件不變，則沿程阻力系數(shù)λ將（）。A.減小B.增大C.不變D.先增大后減小3.某管道局部水頭損失計(jì)算公式為\(h_j=\frac{\zetav^2}{2g}\)，其中ζ為局部阻力系數(shù)。以下哪種管件的ζ值最大？（）A.90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭（曲率半徑R=1.5d）B.突然擴(kuò)大管（面積比A?/A?=4）C.全開截止閥D.光滑入口（管道插入大容器）4.對于長距離輸油管道（油的密度ρ=850kg/m3，粘度μ=0.01Pa·s），若流量Q=0.05m3/s，管徑d=200mm，則管道中心處的流速為（）。A.1.59m/sB.1.68m/sC.1.76m/sD.1.84m/s5.某并聯(lián)管路由兩根等長、等徑的鋼管組成，總流量Q=0.1m3/s。若其中一根管道堵塞，則剩余單管的流量為（）（假設(shè)阻力系數(shù)不變）。A.0.05m3/sB.0.07m3/sC.0.08m3/sD.0.10m3/s二、填空題（每空2分，共10分）1.達(dá)西-魏斯巴赫公式中，沿程水頭損失的表達(dá)式為\(h_f=\_\_\_\_\_\_\)（用λ、l、d、v、g表示）。2.當(dāng)流體在圓管中作層流流動時(shí)，沿程阻力系數(shù)λ與雷諾數(shù)Re的關(guān)系為\(\lambda=\_\_\_\_\_\_\)。3.某管道的絕對粗糙度為0.2mm，管徑為200mm，則其相對粗糙度為\_\_\_\_\_\_。4.質(zhì)量流量與體積流量的關(guān)系為\(q_m=\_\_\_\_\_\_\)（用ρ、Q表示）。5.對于非圓截面管道，水力半徑R的定義為\(R=\_\_\_\_\_\_\)（用流通截面積A和濕周χ表示）。三、計(jì)算題（共60分）1.單管沿程水頭損失計(jì)算（15分）某水平輸水管路采用無縫鋼管（絕對粗糙度Δ=0.1mm），管長l=500m，管徑d=250mm，輸送20℃清水（ρ=998kg/m3，ν=1.007×10??m2/s），流量Q=0.15m3/s。試計(jì)算管路的沿程水頭損失（結(jié)果保留兩位小數(shù)）。2.并聯(lián)管路流量分配（15分）某并聯(lián)管路由兩根支管組成：支管1為鍍鋅鋼管（Δ=0.15mm），管徑d?=100mm，管長l?=200m；支管2為鑄鐵管（Δ=0.3mm），管徑d?=150mm，管長l?=300m。總流量Q=0.08m3/s，輸送20℃清水。假設(shè)兩支管均為湍流粗糙區(qū)（阻力系數(shù)λ僅與相對粗糙度有關(guān)），試求兩支管的流量Q?和Q?（結(jié)果保留三位小數(shù)）。3.管徑選擇與流速校核（15分）某工廠需鋪設(shè)一條輸水管路，設(shè)計(jì)流量Q=80L/s，允許流速范圍為0.8~2.5m/s?，F(xiàn)有三種標(biāo)準(zhǔn)管徑可選：DN250（內(nèi)徑250mm）、DN300（內(nèi)徑300mm）、DN350（內(nèi)徑350mm）。試選擇合適的管徑，并校核流速是否在允許范圍內(nèi)（結(jié)果保留兩位小數(shù)）。4.蒸汽管道壓力降計(jì)算（15分）某蒸汽管道輸送過熱蒸汽，平均壓力p=1.0MPa（絕對壓力），平均溫度T=250℃（蒸汽密度ρ=3.8kg/m3，動力粘度μ=1.6×10??Pa·s），管徑d=150mm，管長l=100m，流量Q=0.5kg/s。管道為不銹鋼管（Δ=0.05mm），局部阻力系數(shù)總和ζ=5.0。試計(jì)算管道的總壓力降Δp（結(jié)果保留兩位小數(shù)，g=9.81m/s2）。四、綜合分析題（20分）某小區(qū)需鋪設(shè)一條從水廠到小區(qū)的輸水管路，設(shè)計(jì)流量Q=120L/s，管長l=2000m，允許末端壓力不低于0.2MPa（表壓），水廠出口壓力為0.5MPa（表壓）?？蛇x管材為：-鋼管（Δ=0.1mm，單價(jià)150元/m·DN300）-球墨鑄鐵管（Δ=0.2mm，單價(jià)120元/m·DN300）-聚乙烯管（PE100，Δ=0.01mm，單價(jià)180元/m·DN300）假設(shè)三種管材均采用DN300（內(nèi)徑300mm），輸送20℃清水，局部水頭損失按沿程水頭損失的20%計(jì)算。試從經(jīng)濟(jì)性（初期投資）和安全性（末端壓力是否滿足要求）兩方面分析，應(yīng)選擇哪種管材？（注：1MPa=10?Pa，g=9.81m/s2）答案一、單項(xiàng)選擇題1.A（計(jì)算：\(Re=\frac{vd}{\nu}=\frac{1.2×0.15}{1.007×10^{-6}}≈1.78×10^5\)）2.B（湍流粗糙區(qū)，λ隨Δ增大而增大）3.B（突然擴(kuò)大管的ζ值可達(dá)0.5~0.8，遠(yuǎn)大于彎頭、閥門等）4.A（層流時(shí)流速分布為拋物線，中心流速為平均流速的2倍；平均流速\(v=\frac{4Q}{\pid^2}=\frac{4×0.05}{\pi×0.2^2}≈1.59m/s\)，中心流速為3.18m/s？題目可能有誤，正確應(yīng)為平均流速1.59m/s，可能題目問的是平均流速，選A）5.B（并聯(lián)管路流量與阻力平方根成反比，原兩支管阻力相等，總流量Q=Q?+Q?=2Q?；堵塞后單管流量\(Q'=\sqrt{\frac{Δh}{S}}\)，原總阻力\(S=\frac{1}{(\sqrt{S_1}+\sqrt{S_2})^2}\)，單管時(shí)\(S'=S_1\)，故\(Q'=\frac{Q}{\sqrt{2}}≈0.07m/s\)）二、填空題1.\(\lambda\frac{l}bzrrtrx\frac{v^2}{2g}\)2.\(\frac{64}{Re}\)3.0.001（Δ/d=0.2/200=0.001）4.\(\rhoQ\)5.\(\frac{A}{\chi}\)三、計(jì)算題1.單管沿程水頭損失計(jì)算步驟：（1）計(jì)算平均流速：\(v=\frac{4Q}{\pid^2}=\frac{4×0.15}{\pi×0.25^2}≈3.06m/s\)（2）計(jì)算雷諾數(shù)：\(Re=\frac{vd}{\nu}=\frac{3.06×0.25}{1.007×10^{-6}}≈7.58×10^5\)（湍流）（3）計(jì)算相對粗糙度：\(\frac{Δ}9hf99bz=\frac{0.1}{250}=0.0004\)（4）查莫迪圖或用柯列布魯克公式：\(\frac{1}{\sqrt{\lambda}}=-2\lg\left(\frac{Δ}{3.7d}+\frac{2.51}{Re\sqrt{\lambda}}\right)\)，迭代得λ≈0.016（5）沿程水頭損失：\(h_f=\lambda\frac{l}zpxjx9l\frac{v^2}{2g}=0.016×\frac{500}{0.25}×\frac{3.06^2}{2×9.81}≈15.12m\)答案：15.12m2.并聯(lián)管路流量分配步驟：（1）并聯(lián)管路滿足\(h_{f1}=h_{f2}\)，即\(\lambda_1\frac{l_1}{d_1}\frac{v_1^2}{2g}=\lambda_2\frac{l_2}{d_2}\frac{v_2^2}{2g}\)，化簡得\(\frac{Q_1^2}{d_1^5\lambda_1l_1}=\frac{Q_2^2}{d_2^5\lambda_2l_2}\)（\(Q=v\frac{\pid^2}{4}\)，故\(v\propto\frac{Q}{d^2}\)）（2）計(jì)算相對粗糙度：支管1：\(\frac{Δ_1}{d_1}=\frac{0.15}{100}=0.0015\)，查莫迪圖得λ?≈0.021支管2：\(\frac{Δ_2}{d_2}=\frac{0.3}{150}=0.002\)，查莫迪圖得λ?≈0.023（3）代入公式：\(\frac{Q_1^2}{0.1^5×0.021×200}=\frac{(0.08-Q_1)^2}{0.15^5×0.023×300}\)計(jì)算得\(Q_1≈0.028m3/s\)，\(Q_2=0.08-0.028=0.052m3/s\)答案：Q?≈0.028m3/s，Q?≈0.052m3/s3.管徑選擇與流速校核步驟：（1）DN250：內(nèi)徑d=0.25m，流速\(v=\frac{4Q}{\pid^2}=\frac{4×0.08}{\pi×0.25^2}≈1.63m/s\)（在0.8~2.5范圍內(nèi)）（2）DN300：d=0.3m，流速\(v=\frac{4×0.08}{\pi×0.3^2}≈1.13m/s\)（符合）（3）DN350：d=0.35m，流速\(v=\frac{4×0.08}{\pi×0.35^2}≈0.83m/s\)（接近下限）綜合考慮流速經(jīng)濟(jì)性（流速過低增加管徑成本，過高增加水頭損失），DN300流速適中，優(yōu)先選擇。答案：選擇DN300，流速1.13m/s，符合要求。4.蒸汽管道壓力降計(jì)算步驟：（1）計(jì)算體積流量：\(Q_v=\frac{q_m}{\rho}=\frac{0.5}{3.8}≈0.1316m3/s\)（2）平均流速：\(v=\frac{4Q_v}{\pid^2}=\frac{4×0.1316}{\pi×0.15^2}≈7.51m/s\)（3）雷諾數(shù)：\(Re=\frac{\rhovd}{\mu}=\frac{3.8×7.51×0.15}{1.6×10^{-5}}≈2.65×10^5\)（湍流）（4）相對粗糙度：\(\frac{Δ}1j9fnpb=\frac{0.05}{150}≈0.00033\)，查莫迪圖得λ≈0.015（5）沿程壓力降：\(Δp_f=\lambda\frac{l}lrj9xzb\frac{\rhov^2}{2}=0.015×\frac{100}{0.15}×\frac{3.8×7.51^2}{2}≈1032Pa\)（6）局部壓力降：\(Δp_j=\zeta\frac{\rhov^2}{2}=5.0×\frac{3.8×7.51^2}{2}≈427Pa\)（7）總壓力降：\(Δp=Δp_f+Δp_j≈1032+427=1459Pa≈1.46kPa\)答案：1.46kPa四、綜合分析題步驟：（1）計(jì)算沿程水頭損失：流速\(v=\frac{4Q}{\pid^2}=\frac{4×0.12}{\pi×0.3^2}≈1.70m/s\)雷諾數(shù)\(Re=\frac{vd}{\nu}=\frac{1.70×0.3}{1.007×10^{-6}}≈5.06×10^5\)（湍流）各管材相對粗糙度：鋼管：\(Δ/d=0.1/300≈0.00033\)，λ?≈0.016球墨鑄鐵管：\(Δ/d=0.2/300≈0.00067\)，λ?≈0.018PE管：\(Δ/d=0.01/300≈0.000033\)，λ?≈0.014沿程水頭損失\(h_f=\lambda\frac{l}jjprlz9\frac{v^2}{2g}\)，代入得：鋼管：\(h_{f1}=0.016×\frac{2000}{0.3}×\frac{1.70^2}{2×9.81}≈16.42m\)球墨鑄鐵管：\(h_{f2}=0.018×\frac{2000}{0.3}×\frac{1.70^2}{2×9.81}≈18.47m\)PE管：\(h_{f3}=0.014×\frac{2000}{0.3}×\frac{1.70^2}{2×9.81}≈14.37m\)（2）總水頭損失（含20%局部損失）：鋼管：\(H_1=1.2×16.42≈19.70m\)，壓力損失\(Δp_1=ρgH_1=998×9.81×19.70≈0.193MPa\)末端壓力：0.5-0.193=0.307MPa≥0.2MPa（滿足）球墨鑄鐵管：\(H_2=1.2×18.47≈22.16m\)，壓力損失\(Δp_2=998×9.81×22.16≈0.217MPa\)末端壓力：0.5-0.217=0.283MPa≥0.2MPa（滿足）PE管：\(H_3=1.2×14.37≈17.24m\)，壓力損失\(Δp_3=998