【水力学】-《水力学》第六章-习题答案

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，则： （a）（a）h=h；（b）h。f f f f2.圆管流动过流断面上切应力分布为： （b）（a）（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）（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）（b）（c）（d）对数曲线规律。5.在圆管流中，层流的断面流速分布符合： （c）（a）（b）（c）（d）对数曲线规律。6.半圆形明渠半径 r0

=4m（c）（a）4m （b）3m （c）2m （d）1m7.dd=2d（d）1 2 1（a）Re=0.5Re；（b）Re=Re；（c）Re=1.5Re；（d）Re=2Re。1 2 1 2 1 2 1 28.圆管层流，实测管轴线上流速为 4m/s，则断面平均流速为 :（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 c）（a）与雷诺数 Re有关b）与管壁相对粗糙 k/d有关；s（c）与Rek/dd）与Re和管长L有关。s圆管紊流粗糙区的沿程摩阻系数 b）（a）与雷诺数 Re有关b）与管壁相对粗糙 k/d有关；s（c）与Rek/dd）与Re和管长L有关。s工业管道的沿程摩阻系数 λ，在紊流过渡区随雷诺数的增加： （b）（a）b）c）d）不定。计算题【6.12d=10cmv=1m/s10℃，试判别流态。又流速等于多少时，流态将发生变化？10°时水1.3110-6m2/sRe

vd 10.1

76342300 为紊流 .31106cv Rec

1.311062300

0.30m/sc d 0.1流速为0.30m/s时流态将发生变化.【6.13】250mm20℃，试求保持层流的最大流量。若200kg/h，其流态是层流还是紊流？（7.087L/s；紊流）解：查表20°时空气1.20kg/m3, 1.5710-5m2/scv Re 1.571052300c

0.144m/sc d 0.25Qv

d2

0144314.252

0.00707m3

/s7.07L/sc cQQv

4 4m3 200 0.0462mm336001.20

/sQc

为紊流【6.1415cm20cm0.15m/s10℃，试判别流态。解：查表得 10°时水1.3110-6m2/sR bh

2015

6cmb2h 20215Re

vR

0.150.06

6870575 为紊流 131106【6.15】输油管的直径d=150mm，Q=16.3m3/h，油的运动粘度ν=0.2cm2/s，试求每公里管长的沿程水头损失。解：v4Q

416.3

0.2563m2

3.140.1523600Re

vd0.25630.15

1922 210464 64

0.0333Re 1922h

l v2

0.033310000.25632

0.744mf d2g 0.15 19.6【6.16d=8mml=2m，实测油的流量Q=70cm3/s，水银压差计读值hp=30cm，油的密ρ=901kg/m3。试求油的运动粘度ν和动力粘度μ。（0.743cm2/s μ=8.56×10-6m2／s）解：列细管测量段前后断面（1、2）伯努利方程，化简p p

13600 h 1ff

1m

1hp

10.3901 设为层流 v

2

4701060.0082

1.39m/sh 64l v2 l v2f Red2g vd d2gh

2gd24232980.0082

298105m2sf 64lv 6421.399012.981050.02685PasRevd

1.390.008

373.1＜2300层流，计算成立。 .98105【6.17】ν0.013cm2/s35cm3/s，15m2cm（1.94cm）解：先按层流计算,由泊肃叶公式QρgJ

πr4得08Qr4gJ0

44f

8μ80.0133515003.149802

00.97cmd2r0

1.94cm检验是否为层流Revd

4Q

435

17692300 0.0133.141.94是层流,说明计算正确【6.18】油管直径为75mm，已知油的密度为901kg/m3，运动粘度为0.9cm2/s在管轴位置安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 13600p901u 2g(p1h 16( 1)0235m/sp901以管轴处速度为特征流速计算雷诺数Reud

2.350.07519582300流动是层流9105vu1.175m/s2Qvd2

117531400752

0.00519m3

/s5.19L/s4 4【6.19600m300mm，铸铁管道，通过流量60m3/h，试用穆迪图计算沿程水头损失。（0.176m）解：铸铁管道，取ks=1.25mm（平均值）k 1.25s

4.1103d 300vd2

460/36003.140.32

0.236m/sRevd

0.2360.35.410311064查穆迪图得0.0314h

l v2

0.0316000.2362

0.176mf d2g 0.3 19.6【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1m，试用谢才公式求管道中流速。（0.59m/s）解：查表，取n=0.135Rd0.075m4h 1J f

0.002l 5001C R1/6n

48.10管中流速vC RJ0.59m/s【6.21】矩形风道的断面尺寸为 1000mm×600mm，空气流量为 4200m3/h，空气密度为1.11kg/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）vQ

42000/3600

16.2m/sA 1.20.6d 4R4e

1.20.6 0.8m2(1.20.6)2由pl 1得2d 2ed p ee

0.8 31.6

0.01452l 122

12 .511122【6.22】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：de方

4 A4 A

A, d 2 A圆 层流hf

32lv2h d2f圆 方h d2f方 圆

0.7854紊流hf

l v2d2gh df圆 e方h df方 e圆

0.8864【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。（12.83）vd2

40.00334.14.052

1.702m/s2gv2

h 19.6j 1.7022

0.1512.612.79【6.24】H，d，管L，λ，ζ，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Hlv2

l v2v22g d2g 2g2g(1H)v2

2g(Hl)d(v2) d21l dl (1l)2d ddv2)0dl流量也随管长增加而减小，即1Hd

0H(1)d

时流量随管长的增加而减小【6.25】v1v2，d1v1v2d2h（H>(1+ζ)d/λ）解：由伯努利方程得12v2 hv212

(vv)21 22g 2g 2g由连续性方程得1v d2v12 d2 12h

v2d4

(1d2)]

v2d21 111

d2)111212g d4 d2 gd2 d211121由d(h)

2102d21

210 d

2 2 2dd(d2

) d2 2 12hv2h1max 4g【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λ=0.02，τ。解：由伯努利方程得Hv2

v2lv22g 进2g d2g2gH 19.613

6.36m/s1 l进 d

10.50.02

60.025Qvd2

.3631400252

.00312m3

/s3.12L/s4 4fJhf

1v2

0.02

1 6.362

1.65l d2g 0.025 19.6 gRJ10009.80.0251.65101.1Pa0 4【6.27】50mm，1、215m，3m，Q=6L/s，水银压差计250mm，试求管道的沿程摩阻系数。v4Q

40.006

3.06m/sd2 14052汞h (汞f 水

1)hp

12.60.253.15m hlf

3.150.0519.6

0.0222 153.062d2g【6.28】d=10cm，l=20m，λ=0.042，ζ=0.8，ζ=0.26，Q=65L/s，H。v4Q

40.065

8.28m/sd2 31402由伯努利方程得H(

l)v2进 弯 阀 出

d 2g(0.530.80.2610.04243.9m

20)8.2820.1 19.6【6.29】d=100mm，ABBCl=50m，h1=2m，h2=25m，BCλ=0.035，ABB7m，阀门的局部水头损失系数ζ最小应是多少？此时的流量是多少?解列伯努利方程hh

v2

2lv2

v21 2 2g d2g 2g22510.035100)v219.5

0.1 2gBh pB

v2

lv21 g 2g d2g270.035

50)v2v3.09m/s

0.1 2gQvd24

0243m3/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ρ=1.20kg/m3，温度为20℃，求烟囱所受风力。Revd

200.6

76105 1.57105查图表得C 0.4DFCD D

V2A20.41.202022

0.6402304N【6.31】A=2m22020C=0.82090C=0.28。若D D90km/h20℃空气阻力各需多大的功率？（15；5.25kW）解：F C

V2

A.8.2090/.)2

2600ND1 D1 2 2环境水力学水库的污染指标：化学需氧量、总磷和五日生化需氧量。海域的污染指标：无机氮和活性磷酸盐。有哪些为特为河口区“避” 能举例。三种净化：物理净化：稀释、扩散、沉积化学净化：氧化分解、凝聚（悬浮物沉淀，淤泥吸附）生物净化：微生物的氧化分解相互关系：交织在一起。外来物质；对环境造成非预期的影响，或影响资源的质量外来物质进入水体、且造成了水质的破坏污染分类： Pointsource(点源)；Nonpointsource 瞬时源、持续源（恒定、非恒定） III 毒？有机？金属？放射性？细菌？热?污染物分类：无毒有机物 (降解消耗溶解氧 水体富营养化)无毒无机物 (盐水入侵)有毒有机物 (农药/化工产品 难分解 在生物体累计)有毒无机物 (剧毒无机盐，氧化分解)重金属(微量即有毒)放射性物质(各种射线，危害显然)细菌(动物排泄物)热污染(热废水-破坏水生生物生态环境)浓度（描述水体污染程度的指标）定义为：在单位体积的水中含有的污染物质量常用单位（mg/l、ppm）S稀释度样品总体积与样品中所含污水体积之比、相对浓度：P=1/S，样品内的污水体积率分子扩散、随流输运、紊动扩散、剪切扩散的定义与区别。分子扩散：分子的布朗运动引起的物质迁移。污染物由于分子扩散作用，在单位时间内按一定方向通过一定面积的污染物质量与该方向的浓度梯度成正比。条件：物质有浓度梯度，从浓度高向浓度低的地方移动。特点：分子扩散与温度和压力也有一定的关系；分子扩散不可逆随流输运：含有物质随水流质点的流动而产生的迁移。条件：紊态水流特点：紊动扩散强弱与水流旋涡运动有关。紊动能够传递物质与其能够传递能量和动量的原理类似。剪切分散：由于流速在空间分布的不均匀，导致污染物质点之间相对位置的变化，从而导致的污染物在空间的重新分配！剪切分散本质上是一种随流输运!c分子扩散系数的估算：12、矩法单位m

2/s

qDxEyy *Eyy *uh如果能求得k和e能求解，从而知道我们的紊动扩散系数。纵向紊动扩散系数K=5.86u*h剪切离散系数的估算：理解下面这段话：1：理论推导2K=5.93hu*（hu*为剪切流速）方法3；矩法v2221K 2tt2t t12 1 （时间二次矩，第一种矩法是空间二次矩）对圆管层流的纵向分散系数（4.24-2-3）的理解—单纯记忆无效，只有理解才能正确答题！方程4-2-1中：瞬时值u，c等于时均值—层流；无紊动扩散；D为分子扩散系数。4-2-1c=cb+Cm;u=ub+V4-2-1经过一番推导到了4-2-5。对方程4-2-5的理解极为重要。请看，该方程有左右两项。b00右端：分子扩散导致的在横截面上的污染物通量度=0；位置保持不变；污染物柱体向圆管下游整体保持移动。（即剪切分散。由于纵向剪切分散，横截面上出现污染物梯度出4-2-524-2-5cb向上的解析表达式。cbK幸运的是，对于圆管层流，我们知道其速度在横向分布，即方程4-2-9。于是，通过推导，能最终得到方程4-2-13，即圆管层流条件下纵向分散系数K的理论表达式。c

uc

Dx

c

Dy

c

Dz

cSt x y z x

x

y

y

z

z的证明推导过程。各项物理意义。各个局部的物理意义。适应范围：所有水流UCEX、EY、EZ为何书本上没有S?如何使之出现。上式为何没有剪切分散项，如何使之出现。zbhuc zbh zh z dz ucdz( b )uc ( b)uc x x

zh x zz z b zbh

b b zh z u)(Cc)dz( b

)(uc) (

b)(uc)bxbzbbb

b b

z h x zzbh

zh z uCUcuc)dz( b

)(uc) (

b)(uc)bxbzb

b b bb

z h x zbhUC b

zh

zh z x x

(ucbb

)dz( bx

zh

( b)(uc)x zb bzb一般假设：

1zbhuch bbz

dzKx

CC。b理解：x=0x=L把这个空间，划分成Ndx；则dx=L/N；控i，i=1,2,3，NiiABii+-*