流体力学第五章题库

1、名词解释1黏性流体单位中立形式的伯努利方程：2.方程适用条件1.流动为定常流动2流体为黏性不可压缩的重力流体3列方程的两过流断面必须是缓变流截面，而不必顾忌两截面间是否有急变流。3动能修正系数的大小取决于过流断面上流速分布的均匀程度，以及断面的形状和大小，流速分布越均匀，其数值越接近于一，流速分布越不均匀，其数值就越大，。4流体在其流动过程中要克服黏性摩擦力，总流的机械能沿流程不断减小，总水头线不断降低。5.相似准则：在几何相似的条件下，两种物理现象保证相似的条件或准则。6.牛顿数：作用力与惯性力的比值。ne=f/l²v²7.弗劳德数：物理意义为惯性力与重力的比值。fr=v

2、/（gl）½8.雷诺数：物理意义为惯性力与黏性力的比值。re=vl/9.欧拉数：物理意义为总压力与惯性力的比值。eu=p/v²10.柯西数：物理意义为惯性力与弹性力的比值。ca=v²/k11.马赫数：（流场中流体为气体）物理意义为惯性力与弹性力的比值。ma=v/c12.韦伯数：物理意义为惯性力与表面张力的比值。we=v²l/13.斯特劳哈尔数：物理意义为当地惯性力与迁移惯性力的比值。sr=l/vt14.层流：着色流体和周围的流体互不掺混，流线为直线，流体质点只有沿圆管轴向的运动，而没有径向运动，这种流动状态称为层流或片流。15.紊流：流体质点不仅有轴向运

3、动，也具有径向运动，处于一种无序的紊乱状态，这种流动状态称为紊流或湍流。16.边界层:黏性流体流经固体壁面时，在固体壁面法线方向上存在一速度急剧变化的薄层，称为边界层。17.管道进口段:边界层相交以前的管段称为管道进口段（或称起始段），其长度以l*表示。18.准定常流动/时均定常流：流场中的时均参数不随时间改变的紊流流动称为准定常流动或时均定常流。19.雷诺应力：对于黏性流体的紊流流动，除流层之间相对滑移引起的摩擦切向应力之外，还由于流体质点在相邻流层之间的交换，在流层之间进行动量交换，增加能量损失，而出现紊流附加切向应力即雷诺应力。20.水力光滑：黏性底层完全淹没了管壁的粗糙突出部分。这时紊

4、流完全感受不到管壁粗糙度的影响，流体好像在完全光滑的管子中流动一样。21.水力粗糙：管壁的粗糙突出部分有一部分或大部暴露在紊流中，当流体流过凸出部分时，将产生漩涡，造成新的能量损失，管壁粗糙度将对紊流产生影响。22，局部损失：当流体经过如阀门，弯管，突扩，和突缩等管件时，由于通流截面，流动方向的急剧变化，引起速度场的迅速改变，增大流体间的摩擦，碰撞以及形成旋涡等原因，从而形成局部损失。23局部损失的能量计算公式：hj=v²/2g24流体在弯管中的损失由三部分组成：由切向应力产生的沿程损失，另一部分是旋涡产生的损失，第三部分则是由二次流形成的双螺旋流动所产生的损失。25管道截面突扩的局

5、部损失： v2=a1a2v1 ， v1=a2a1v2 根据动量方程有 p1a1-p2a2+p(a2-a1)=qv(v2-v1)根据局部损失能量方程式得 hj=1v1²/2g hj=2v2²/2g联立可解得 1=1-a1a22 2=a2a1-12当流体由管道流入一面积较大的水池时，由于a2a1，可得11，则管道出口的能量损失hjv12/(2g)，即管道中水流的速度水头完全耗散于池水之中。26简单管道：有管径相同、粗糙度相同的一段或者数段管子连接在一起组成的。等直径，无分支。27串联管道：由不同管径和不同粗糙度的管段串联在一起组成的管道。28并联管道：由不同管径、不同粗糙度和不

6、同长度管段并联在一起组成的管道。29水击现象：以一定压强流动的水由于受阻流速突然降低，压强突然升高。突然升高的压强迅速向上游传播，并在一定条件下反射回来，产生往复波动而引起管道振动，甚至形成轰轰的振动声。30直接水击和间接水击：实际中阀门都不是突然关闭而是有一个连续的过程。若关闭的时间ts2lc 时：即反射的膨胀波到达阀门时，阀门已关闭产生最大的水击压强ph ，即直接水击。若ts2lc ，阀门关闭前反射的膨胀波陆续到达阀门压强不到ph ，即间接水击。简答1简述雷诺数公式recr=vcrd/v 注:recr下临界雷诺数，vcr临界速度，d管子直径，v流体运动黏度对于非原形截面管道，可用下式计算雷

7、诺数:re=vl/v1式中，l为过流断面的特征长度，该数值应采用当量直径de2.紊流流动具体三个特征是什么？答：流体质点相互掺混，做无定向、无规则的运动，运动要素具有随机性；紊流质点间的相互碰撞，导致流体质点间进行剧烈的质量、动量、热量等物理量的输运、交换、混合等；除黏性消耗一部分能量外，紊流附加切应力会引起更大的耗能。3.圆管中紊流的构成是什么？答：在靠近管轴的大部分区域内，流体质点的横向脉动使流层间进行的动量交换较为剧烈，速度趋于均匀，速度梯度较小，曲线中心部分较平坦，该区域称为紊流充分发展区或者紊流核区。由于紧贴壁面有一因壁面限制而脉动消失的层流薄层，其黏滞力使流速急剧下降，速度梯度较大

8、，这一薄层称为黏性底层。可见，圆管中的紊流可以分为三个区域，即紊流核区、黏性底层区，以及介于两者之间的由层流向紊流的过渡区。4尼古拉兹实验曲线分为哪几个区域，分别有什么特点层流区、过渡区、紊流光滑管区、紊流粗糙管过渡区、紊流粗糙管平方阻力区。层流区所有实验点都落在尼古拉兹实验曲线上，管壁的相对粗糙度对沿程损失系数没有影响。过渡区可能是层流也可能是紊流，实验数据分散，无一定规律。紊流光滑管区各种不同相对粗糙度管流的实验点都落到倾斜线上，只是它们在该线上所占的区域的大小不同，该区域沿程损失系数与相对粗糙度无关，只与雷诺数有关。紊流粗糙管过渡区相对粗糙度大的管流首先离开光滑管区，而且随着re的增大，

9、也增大，该区域的沿程损失系数与相对粗糙度、雷诺数有关。紊流粗糙管平方阻力区该区内流动的能量损失主要决定于流体质点的脉动，黏性的影响可以忽略不计。沿程损失系数与雷诺数无关，只与相对粗糙度有关，在这一区域内流动的能量损失与流速的平方成正比。5串并联管道的特点串联管道特点：各管段的流量相同，管道损失等于各管段损失的总和。并联管道特点：管段总损失等于各分管段的损失，总流量等于各分管道流量的总和。计算题5-1 用管径mm的圆管输送石油，质量流量kg/h，密度kg/m3，石油冬季时的运动黏度为m2/s；在夏季时，m2/s，试求冬、夏季石油流动的流态。 解：速度m/s 层流 湍流5-5 输油管的直径mm，长

10、m，出口端比进口端高m，输送油的质量流量kg/h，油的密度kg/m3，进口端的油压pa，沿程损失系数，求出口端的油压。解：面积m2平均速度m/s沿程损失m伯努利方程pa5-9 内径为6mm的细管，连接封闭容器a及开口容器b，容器中有液体，其密度为kg/m3，动力黏度pa·s，容器a上部空气计示压强为kpa。不计进口及弯头损失。试问液体流向及流量。解：势能水头mm故ab假设为层流哈根-泊肃叶公式m3/s检验m/s 故不是层流按湍流光滑管计算m/s m3/s5-11 在管径mm、管长m的圆管中流动着的水，其雷诺数。试求当管内壁为mm的均匀沙粒的人工粗糙管时，其沿程能量损失。解：故在湍流粗

11、糙管过渡区黏度 pa·s平均速度 m/s沿程损失mh2o5-15 大水池与容器之间有管道相连，其中有水泵一台，已知水在15时的=0.0114110-4m2 /s,=1000kg/m3,装置如图5-39所示，管壁相对粗糙度为/d=0.00023,水泵给予水流的功率为20kw.已知流量为0.14m3/s,管径为d=0.2m.试问容器进口b处的压强为何值？pe=264kpa 图5-39解：5-16已知油的密度=800kg/m3，粘度=0.069pa·s,在图5-40所示连接两容器的光滑管中流动，已知h=3m.当计及沿程和局部损失时，管内的体积流量为多少？0.2559m3/s 图5

12、-40解：对两液面列总流伯努利方程：h=hw=(0.5+1+l/d)v2/2gv=代入已知得q=(d2/4)v=0.2559m3/s5-17用新铸铁管输送25的水，流量qv=0.3m3/s，在l=1000m长的管道上沿程损失为hf=2m（水柱），试求必需的管道直径。解：qv=14d²v v =4qvd² hf=lv²d2g =l（4qvd²）²d2g=8lq²v²gd5=2 d5 =8lq²v²ghfre=vd=4qvd²d =4qv1d新铸铁管=0.25-0.42, 25的水,运动黏度=0.8

13、97×106 m2/s取=0.3，=0.0175 得d=m5-18一条输水管，长l=1000m，管径d=0.3m，设计流量qv=0.055 m3/s，水的运动黏度为=106m2/s，如果要求此管段的沿程水头损失为hf=3m。试求应选择相对粗糙度/d为多少的管道。解：v=qv4d²=0.0554×0.3²=0.778m/shf=lv²d2g =2gdhflv² =2×9.8×3×0.31000×1012 =4.41×1015re=vd=0.778×0.3106=233400由于

14、re2000，流动是紊流根据re和查莫迪图，得/d= 4.13x mm 5-28 在分支管道系统中，已知m，m，m，m；m，m，m，m；m，m，m，m；m2/s。水泵的特性数据为，当流量为0、1m3/s、2m3/s、3m3/s时，对应的压头为42m、40m、35m、25m，试求分支管道中的流量、。解：相对粗糙度，。拟合水泵特性曲线水泵吸入端静水头水泵压出端静水头设节点静压头节点总压头各段压头损失 查检验节点处的连续性。试取水泵流量.5m3/sqv11.51.561.59v11.909861.986252.02445hs4.8144.7994.871hp3837.69837.541hp42.81

15、442.49742.412re11.90986e61.98625e62.02445e610.01420.01420.0142hf12.6412.8562.967hj40.17339.64139.445hjt40.35939.84239.654hf210.3599.8429.65420.0150.01430.01430.0143v23.35968re21.67984e6qv20.675620.658550.65223hf315.35914.84214.65430.0190.01920.01920.0192v33.44834re32.06901e6qv30.969910.953440.947385-29 由两个环路组成的简单管网，已知m，m，m；m，m，m；m，m，m；m，m，m；m，m，m；管网进口a和出口b处水的流量为1m3/s。忽略局部损失，并假定全部流动处于湍流粗糙区，试求