水力学(闻德荪)习题答案第六章分析解析

1、选择题(单选题)1. 水在垂直管内由上向下流动，测压管水头差h，两断面间沿程水头损失，贝V：(a(a)h=h；(b)h=h+l；(c)h=lh；(d)h=l。ffff2. 圆管流动过流断面上切应力分布为：(b)(a)在过流断面上是常数；(b)管轴处是零，且与半径成正比;(c)管壁处是零，向管轴线性增大；(d)按抛物线分布。3. 圆管流的雷诺数(下临界雷诺数)：(d)(a)随管径变化；(b)随流体的密度变化；(c)随流体的黏度变化；(d)不随以上各量变化。4. 在圆管流中，紊流的断面流速分布符合：(d)(a)均匀规律；(b)直线变化规律；(c)抛物线规律；(d)对数曲线规律。5. 在圆管流中，层

2、流的断面流速分布符合：(c)(a)均匀规律；(b)直线变化规律；(c)抛物线规律；(d)对数曲线规律。6. 半圆形明渠半径r=4m，水力半径为：(c0(a)4m；(b)3m；(c)2m；(d)1m。7. 变直径管流，细断面直径为d，粗断面直径d=2d，粗细断面雷诺数的关系是：(d)121(a)Re=0.5Re；(b)Re=Re；(c)Re=1.5Re；(d)Re=2Re。121212128. 圆管层流，实测管轴线上流速为4m/s，贝断面平均流速为:(c)(a)4m/s；(b)3.2m/s；(c)2m/s；(d)1m/s。9. 圆管紊流过渡区的沿程摩阻系数入：(c(a)与雷诺数Re有关；(b)与

3、管壁相对粗糙k/d有关；s(c)与Re及k/d有关；(d)与Re和管长L有关。s10. 圆管紊流粗糙区的沿程摩阻系数入：(b(a)与雷诺数Re有关；(b)与管壁相对粗糙k/d有关；s(c与Re及k/d有关；(d与Re和管长L有关。s11. 工业管道的沿程摩阻系数入，在紊流过渡区随雷诺数的增加：(b（a）增加;（b）减小；（c）不变；（d）不定。计算题【6.12】水管直径=10cm，管中流速戶1m/s，水温为10°C，试判别流态。又流速等于多少时，流态将发生变化？解：查表得10°时水v=1.31x10m/sRe二四二1x01二7634>2300为紊流v1.31x10-6

4、vRe1.31x10_6x2300_.v=-=0.30m/scd0.1流速为0.30m/s时流态将发生变化.【6.13】通风管径直径为250mm，输送的空气温度为20C，试求保持层流的最大流量。若输送空气的质量流量为200kg/h,其流态是层流还是紊流？（7.087L/S；紊流）解：查表得20。时空气p=1.20kg/m3,v=1.57x10_5m2/s_vRe1.57x105x23000.25=0.144m/s=v丛二0.144x3.14x0.252c4=0.00707ms/s=7.07L/s二刍=3600x.20=0.0462m3/S>Q为紊流【6.14】有一矩形断面的小排水沟，水深

5、15cm，底宽20cm，流速0.15m/s，水温10C，试判别流态。解：查表得10。时水v二1.31x10-6m2/sbh20x15R=6cmb+2h20+2x15二6870>575为紊流vR0.15x0.06Re=v1.31x10-6【6.15】输油管的直径=150mm,Q=16.3m3/h,油的运动粘度v0.2cm2/s，试求每公里管长的沿程水头损失。4x16.3解：V二兽二3.14x0.152x3600=0.2563m二1922vd0.2563x0.15Re=v0.2x10-4“Re=益=0.0333h=4佥=00333x專x常=0744m【6.16】应用细管式粘度计测定油的粘度。

6、已知细管直径d=8mm,测量段长l=2m，实测油的流量Q=70cm3/s，水银压差计读值hp=30cm，油的密度p=901kg/m3。试求油的运动粘度v和动力粘度“°（0.743cm2/s“=8.56X10呦2/s）解：列细管测量段前后断面1、2）伯努利方程，化h=p-fpgpg4Q设为层流v=兀d2(p)(13600冷m-1hlp丿p1901丿px0.3二4.23m=g64lv264ulv2hfRed2gvdd2gu=h込=4.23x2x98x°.°082f64lv64x2x1.39=2.98x10_5m2s卩=pu=901x2.98x10_5=0.02685P

7、a-sRe=罟=373.1<2300层流'计算成立。6.17】为了测定圆管内径，在管内通过运动粘度v为0.013cm2/s的水，实测流量为35cms/s，长15m管段上的水头损失为2cm水柱，试求此圆管的内径。（1.94cm）解：先按层流计算，由泊肃叶公式Q=nr4得8“0：8pQ=18VQ/=,r.04兀pgj兀gh4fd=2r=1.94cm0检验是否为层流：'8x0.013x35xI500二0.97cm3.14x980x24x35Re斗鴛=0.013x3.14x1.94=1769<2300是层流,说明计算正确【6.18】油管直径为75mm，已知油的密度为901k

8、g/m3，运动粘度为0.9cm2/s在管轴位置安放连接水银压差计的皮托管，水银面高差h=20mm，试求油的流量°(5.19L/s；)p解：皮托管测定的是管轴处的速度u二2g(气-1)h二19.6x(13600-1)x0.02二2.35m/spp901以管轴处速度为特征流速计算雷诺数Re二Ud二器X罗75二1958<2300流动是层流v9x10-5v=1.175m/s2兀d23.14x0.0752Q=v=1.175x=0.00519ms/s=5.19L/s44【6.19】自来水管长600m，直径300mm，铸铁管道，通过流量60ms/h，试用穆迪图计算沿程水头损失°(0

9、.176m)解：铸铁管道，取ks=1.25mm(平均值)二=旦二4.1x10-3ds300兀d23.14x03v二竺二4x60/3600二0.236m/sRe二巴二0.236x0.3二5.4x104v1.31x10-6查穆迪图得九二0.031h=X丄竺=0.031x600x02362=0.176mfd2g0.319.6【6.20】钢筋混凝土输水管直径为300mm，长度为500m，沿程水头损失为lm，试用谢才公式求管道中流速。(0.59m/s)解：查表，取n=0.l35二=1二0.002l500C二1R1/6二48.10n管中流速v=CjRJ=0.59m/s【6.21】矩形风道的断面尺寸为100

10、0mmX600mm，空气流量为4200ms/h，空气密度为l.llkg/m3，测得相距12m的两断面间的压强差为31.6N/m2。试求风道的沿程摩阻系数。(0.0144)解：v二Q二4200°/3600A1.2x0.6=16.2m/sd=4R=4x1.2X0.6=0.8me2(1.2+0.6)由Ap=九pV2得d2edAp0.831.6X120.5x1.11x16.22=0.01456.22】圆管和正方形管道的断面面积、长度和相对粗糙都相等，且通过流量相等。试求两种形状管道沿程损失之比。1) 管流为层流；2) 管流为紊流粗糙区。(1)0.785；(2)0.886)解：d=4-=*,d

11、e方4I：A圆层流h=空vfpgd2d2f方e圆兀=0.785(2)hd兀f圆=-方=0886hd4f方6.23】输水管道中设有阀门，已知管道直径为50mm，通过流量为3.34L/S,水银压差计读值h=150mm，沿程损失不计，试求阀门的局部损失系数。解：4Q=4x0.00334兀d23.14x0.052=1.702m/s12.83)2g19.6-*h二时x0155二1279【6.24】水箱中的水通过等直径的垂直管道向大气流出。如水箱的水深H,管道直径d,管道长L,沿程摩阻系数为入，局部损失系数为Z，试求在什么条件下，流量随管长的增加而减小？解：由伯努利方程得H+心上+九丄上+匚上2gd2g2

12、gv22g(H+1)1+®dd(v2)dl2g(1+匚H二)d(1+C+九)2d当如2<o时，管中流速随管长增加而减小，因管直径不变,dl流量也随管长增加而减小，即1+C-H-<0nH>(1+f)d时流量随管长的增加而减小d入【6.25】用突然扩大使管道流速由v1减到v2,若直径di及流速v1一定，试求使测压管液面差成为最大的v2及d2是多少，并求最大h值°(H>(1+Z)d/入)解：由伯努利方程得v2v2(v-v)22g=+2!+2由连续性方程得d2v=十v2d212汁1-存22nh=壬1-(1-学LI=2gd4d222由=0n2±-1=

13、0dd(d)d222【6.26】水箱中的水经管道出流，已知管道直径为25mm，长度为6m,水位H=13m，沿程摩阻系数为入=0.02，试求流量及管壁切应力T°(3.12L/s；101.12N/m2)解：由伯努利方程得H=上+匚二+九丄上2g进2gd2g19.6X136=6.36m/s?+0-5+022硕流量：Q二呼二S.3"315!二。血12二312L/SJ八=020.0252囂=15T二pgRJ二1000X9.8X0025X1.65二lOl.lPa04【6.27】水管直径为50mm，1、2两断面相距15m，高差3m,通过流量Q=6L/s，水银压差计读值为250mm，试求管

14、道的沿程摩阻系数。解：=3.06m/s4Q_4x0.006兀d23.14x0.052h二匸-1)h二12.6x0.25二3.15mfpp水h3.15x0.05x19.6九f0.022丄上15x3.062d2g【6.28】两水池水位恒定，已知管道直径d=10cm，管长l=20m，沿程摩阻系数入=0.042,局部损失系数Z弯=0.8，Z阀=0.26，通过流量Q=65L/s，试求水池水面高差H。解：4Qv兀d24x0.0653.14x0丄8.28m/s由伯努利方程得lv2H(匚+3匚+匚+匚+九牙)进弯阀出d2g208.282(0.5+3x0.8+0.26+1+0.042x)x20.119.643.

15、9m【6.29】水池中的水经弯管流入大气中。已知管道直径d=100mm，水平段AB和倾斜段BC的长度均为l=50m，高差hl=2m，h2=25m，BC段设有阀门，沿程阻力系数入=0.035,管道入口及转弯局部阻力不计。试求：为使AB段末端B处的真空高度不超过7m，阀门的局部水头损失系数Z最小应是多少？此时的流量是多少?解列伯努利方程v22lv2v2h+h=匕+九-+-122gd2g2g2+25=(1+OS晋+筈匚二19.5h=Pb+上+九丄工1pg2gd2g2=-7+(1+0.035x聖)上0.12gv=3.09m/s兀dQ二V二OE/s【6.30】风速20m/s的均匀气流，横向吹过高H=40m，直径d=0.6m的烟囱，空气的密度p=1.20kg/m3，温度为20°C，求烟囱所受风力。解：vd20x0.6Re=v1.57x10-5二7.6x10查图表得C=0.4DF二CpVADD2二0.4x1.20X2°2x0.6x40二2304N2【6.31】有两辆迎风面积相同A=2m2