流体力学-刘鹤年第3版-答案-李忠芳

./《流体力学第3版全章节答案刘鹤年》第一章选择题〔单选题按连续介质的概念,流体质点是指：〔d〔a流体的分子；〔b流体内的固体颗粒；〔c几何的点；〔d几何尺寸同流动空间相比是极小量,又含有大量分子的微元体.作用于流体的质量力包括：〔c〔a压力；〔b摩擦阻力；〔c重力；〔d表面张力.单位质量力的国际单位是：〔d〔aN；〔bPa；〔c；〔d.与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是：〔b〔a剪应力和压强；〔b剪应力和剪应变率；〔c剪应力和剪应变；〔d剪应力和流速.水的动力黏度μ随温度的升高：〔b〔a增大；〔b减小；〔c不变；〔d不定.流体运动黏度的国际单位是：〔a〔a；〔b；〔c；〔d.无黏性流体的特征是：〔c〔a黏度是常数；〔b不可压缩；〔c无黏性；〔d符合.当水的压强增加1个大气压时,水的密度增大约为：〔a〔a1/20000；〔b1/10000；〔c1/4000；〔d1/2000.水的密度为1000,2L水的质量和重量是多少？解：〔kg〔N答：2L水的质量是2kg,重量是19.614N.1.10体积为0.5的油料,重量为4410N,试求该油料的密度是多少？解：〔kg/m3答：该油料的密度是899.358kg/m3.某液体的动力黏度为0.005,其密度为850,试求其运动黏度.解：〔m2/s答：其运动黏度为m2/s.有一底面积为60cm×40cm的平板,质量为5Kg,沿一与水平面成20°角的斜面下滑,平面与斜面之间的油层厚度为0.6mm,若下滑速度0.84,求油的动力黏度.解：平板受力如图.沿轴投影,有：∴〔答：油的动力黏度.为了进行绝缘处理,将导线从充满绝缘涂料的模具中间拉过.已知导线直径为0.8mm；涂料的黏度=0.02,模具的直径为0.9mm,长度为20mm,导线的牵拉速度为50,试求所需牵拉力.解：〔kN/m2〔N答：所需牵拉力为N.一圆锥体绕其中心轴作等角速度旋转=16,锥体与固定壁面间的距离=1mm,用=0.1的润滑油充满间隙,锥底半径R=0.3m,高H=0.5m.求作用于圆锥体的阻力矩.解：选择坐标如图,在处半径为的微元力矩为.其中∴〔答：作用于圆锥体的阻力矩为.活塞加压,缸体内液体的压强为0.1Mpa时,体积为1000,压强为10Mpa时,体积为995,试求液体的体积弹性模量.解：〔Mpa〔m3〔pa答：液体的体积弹性模量pa.图示为压力表校正器,器内充满压缩系数为=4.75×10-10的液压油,由手轮丝杠推进活塞加压,已知活塞直径为1cm,丝杠螺距为2mm,加压前油的体积为200mL,为使油压达到20Mpa,手轮要摇多少转？解：∵∴〔m3设手轮摇动圈数为,则有圈即要摇动12圈以上.答：手轮要摇12转以上.图示为一水暖系统,为了防止水温升高时,体积膨胀将水管胀裂,在系统顶部设一膨胀水箱.若系统内水的总体积为8,加温前后温差为50℃,在其温度范围内水的膨胀系数=0.00051/℃.求膨胀水箱的最小容积.解：∵∴〔m3答：膨胀水箱的最小容积m3.钢贮罐内装满10℃的水,密封加热到75℃,在加热增压的温度和压强范围内,水的热膨胀系数=4.1×10-4/℃,体积弹性模量=2×109,罐体坚固,假设容积不变,试估算加热后罐壁承受的压强.解：∵∴自由膨胀下有：又∵∴〔Mpa加热后,钢罐内的压强为Mpa.设〔表压强.答：加热后罐壁承受的压强是Mpa.汽车上路时,轮胎内空气的温度为20℃,绝对压强为395kPa,行驶后轮胎内空气的的温度上升到50℃,试求这时的压强.解：设满足理想气体方程,则有：假设,可解得〔kPa答：这时的压强为kPa.第二章习题答案选择题〔单选题静止流体中存在：〔a〔a压应力；〔b压应力和拉应力；〔c压应力和剪应力；〔d压应力、拉应力和剪应力.相对压强的起算基准是：〔c〔a绝对真空；〔b1个标准大气压；〔c当地大气压；〔d液面压强.金属压力表的读值是：〔b〔a绝对压强；〔b相对压强；〔c绝对压强加当地大气压；〔d相对压强加当地大气压.某点的真空度为65000Pa,当地大气压为0.1MPa,该点的绝对压强为：〔c〔a65000Pa；〔b55000Pa；〔c35000Pa；〔d165000Pa.绝对压强与相对压强、真空度、当地大气压之间的关系是：〔c=+；〔b=+；〔c=-；〔d=+.在密闭容器上装有U形水银测压计,其中1、2、3点位于同一水平面上,其压强关系为：〔c〔a>>；〔b==；〔c<<；〔d<<.用U形水银压差计测量水管内A、B两点的压强差,水银面高差hp=10cm,-为：〔b〔a13.33kPa；〔b12.35kPa；〔c9.8kPa；〔d6.4kPa.露XX池,水深5m处的相对压强为：〔b〔a5kPa；〔b49kPa；〔c147kPa；〔d205kPa.垂直放置的矩形平板挡水,水深3m,静水总压力P的作用点到水面的距离为：〔c〔a1.25m；〔b1.5m；〔c2m；〔d2.5m.圆形水桶,顶部及底部用环箍紧,桶内盛满液体,顶箍与底箍所受张力之比为：〔a〔a1/2；〔b1.0；〔c2；〔d3.在液体中潜体所受浮力的大小：〔b与潜体的密度成正比；〔b与液体的密度成正比；〔c与潜体淹没的深度成正比；〔d与液体表面的压强成反比.正常成人的血压是收缩压100~120mmHg,舒张压60~90mmHg,用国际单位制表示是多少Pa?解：∵mmPa∴收缩压：mmHgkPakPa舒张压：mmHgkPakPa答：用国际单位制表示收缩压：mmHgkPakPa；舒张压：mmHgkPakPa.密闭容器,测压管液面高于容器内液面=1.8m,液体的密度为850kg/m3,求液面压强.解：相对压强为：kPa.绝对压强为：kPa.答：液面相对压强为kPa,绝对压强为kPa.密闭容器,压力表的示值为4900N/m2,压力表中心比A点高0.4m,A点在水下1.5m,,求水面压强.解：〔kPa相对压强为：kPa.绝对压强为：kPa.答：水面相对压强为kPa,绝对压强为kPa.水箱形状如图所示,底部有4个支座,试求水箱底面上总压力和4个支座的支座反力,并讨论总压力和支座反力不相等的原因.解：〔1总压力：〔kN支反力：kN不同之原因：总压力位底面水压力与面积的乘积,为压力体.而支座反力与水体重量及箱体重力相平衡,而水体重量为水的实际体积.答：水箱底面上总压力是kN,4个支座的支座反力是kN.盛满水的容器,顶口装有活塞,直径=0.4m,容器底的直径=1.0m,高=1.8m,如活塞上加力2520N〔包括活塞自重,求容器底的压强和总压力.解：〔1容器底的压强：〔kPa〔相对压强容器底的总压力：〔kN答：容器底的压强为kPa,总压力为kN.用多管水银测压计测压,图中标高的单位为m,试求水面的压强.解：〔kPa答：水面的压强kPa.盛有水的密闭容器,水面压强为,当容器自由下落时,求水中压强分部规律.解：选择坐标系,轴铅垂朝上.由欧拉运动方程：其中∴,即水中压强分布答：水中压强分部规律为.圆柱形容器的半径=15cm,高=50cm,盛水深=30cm,若容器以等角速度绕轴旋转,试求最大为多少时不致使水从容器中溢出.解：建立随圆柱容器一起转动的坐标系,点在水面最低点.则有：即有：其中：；；故有：当在自由面时,,∴自由面满足∴上式说明,对任意点的压强,依然等于自由面压强.∴等压面为旋转、相互平行的抛物面.答：最大为18.67rad/s时不致使水从容器中溢出.装满油的圆柱形容器,直径=80cm,油的密度=801,顶盖中心点装有真空表,表的读值为4900Pa,试求：〔1容器静止时,作用于顶盖上总压力的大小和方向；〔2容器以角速度=20旋转时,真空表的读值不变,作用于顶盖上总压力的大小和方向.解：〔1∵kPa∴相对压强kPa〔kN负号说明顶盖所受作用力指向下.〔2当r/s时,压强分布满足坐顶中心为坐标原点,∴时,kPa〔kN总压力指向上方.答：〔1容器静止时,作用于顶盖上总压力的大小为kN,方向向下；〔2容器以角速度=20旋转时,真空表的读值不变,作用于顶盖上总压力为kN,方向指向上方.绘制题图中面上的压强分布图.解：河水深=12m,沉箱高=1.8m,试求：〔1使河床处不漏水,向工作室送压缩空气的压强是多少？〔2画出垂直壁上的压强分布图.解：〔1当A室内C处的压强大于等于水压时,不会发生漏水现象.∴kPa〔2BC压强分布图为：答：使河床处不漏水,向工作室送压缩空气的压强是kPa.输水管道试压时,压力表的读值为8.5at,管道直径=1m,试求作用在管端法兰堵头上的静水总压力.解：〔kN答：作用在管端法兰堵头上的静水总压力为kN.矩形平板闸门,一侧挡水,已知长=2m,宽=1m,形心点水深=2m,倾角=,闸门上缘处设有转轴,忽略闸门自重及门轴摩擦力,试求开启闸门所需拉力.解：〔1解析法.〔kN〔m对A点取矩,当开启闸门时,拉力满足：〔kN当kN时,可以开启闸门.〔2图解法.压强分布如图所示：〔kPa〔kPa〔kN对A点取矩,有∴〔kN答：开启闸门所需拉力kN.矩形闸门高=3m,宽=2m,上游水深=6m,下游水深=4.5m,试求：〔1作用在闸门上的静水总压力；〔2压力中心的位置.解：〔1图解法.压强分布如图所示：∵〔kPa〔kN合力作用位置：在闸门的几何中心,即距地面处.〔2解析法.〔kN〔m〔kN〔m合力：〔kN合力作用位置〔对闸门与渠底接触点取矩：〔m答：〔1作用在闸门上的静水总压力kN；〔2压力中心的位置在闸门的几何中心,即距地面处.矩形平板闸门一侧挡水,门高=1m,宽=0.8m,要求挡水深超过2m时,闸门即可自动开启,试求转轴应设的位置.解：当挡水深达到时,水压力作用位置应作用在转轴上,当水深大于时,水压力作用位置应作用于转轴上,使闸门开启.〔kPa〔m∴转轴位置距渠底的距离为：〔m可行性判定：当增大时增大,则减小,即压力作用位置距闸门形越近,即作用力距渠底的距离将大于米.答：转轴应设的位置m.折板一侧挡水,板宽=1m,高度==2m,倾角=,试求作用在折板上的静水总压力.解：水平分力：〔kN〔→竖直分力：〔kN〔↓〔kN,答：作用在折板上的静水总压力kN.金属矩形平板闸门,门高=3m,宽=1m,由两根工字钢横梁支撑,挡水面与闸门顶边齐平,如要求两横梁所受的力相等,两横梁的位置、应为多少？解：静水总压力：〔kN总压力作用位置：距渠底〔m对总压力作用点取矩,∵∴,设水压力合力为,对应的水深为；∴〔m∴〔m〔m答：两横梁的位置m、m.一弧形闸门,宽2m,圆心角=,半径=3m,闸门转轴与水平齐平,试求作用在闸门上的静水总压力的大小和方向.解：〔1水平压力：〔kN〔→〔2垂向压力：〔kN〔↑合力：〔kN答：作用在闸门上的静水总压力kN,.挡水建筑物一侧挡水,该建筑物为二向曲面〔柱面,=,为常数,试求单位宽度曲面上静水总压力的水平分力和铅垂分力.解：〔1水平压力：〔→〔2铅垂分力：〔↓答：单位宽度曲面上静水总压力的水平分力,铅垂分力.半径为,具有铅垂轴的半球壳内盛满液体,求作用在被两个互相正交的垂直平面切出的1/4球面上的总压力和作用点的位置.解：〔1〔→形心坐标〔2同理,可求得〔↙〔3〔↓在平行平面的合力为,在与轴成铅垂面内,∴D点的位置为：答：作用在被两个互相正交的垂直平面切出的1/4球面上的总压力,作用点的位置,.在水箱的竖直壁面上,装置一均匀的圆柱体,该圆柱体可无摩擦地绕水平轴旋转,其左半部淹没在水下,试问圆柱体能否在上浮力作用下绕水平轴旋转,并加以论证.答：不能.因总水压力作用线通过转轴,对圆柱之矩恒为零.证明：设转轴处水深为,圆柱半径为,圆柱长为.则有〔→,到转轴的作用距离为.即〔↑到轴的作用距离为两力对轴的矩为：密闭盛水容器,水深=60cm,=100cm,水银测压计读值=25cm,试求半径=0.5m的半球形盖所受总压力的水平分力和铅垂分力.解：〔1确定水面压强.〔kPa〔2计算水平分量.〔kN〔3计算铅垂分力.〔kN答：半球形盖所受总压力的水平分力为kN,铅垂分力为kN.球形密闭容器内部充满水,已知测压管水面标高=8.5m,球外自由水面标高=3.5m,球直径=2m,球壁重量不计,试求：〔1作用于半球连接螺栓上的总压力；〔2作用于垂直柱上的水平力和竖向力.解：〔1取上半球为研究对象,受力如图所示.∵〔kN∴〔kN〔2取下半球为研究对象,受力如图.∵〔kN答：〔1作用于半球连接螺栓上的总压力为kN；〔2作用于垂直柱上的水平力和竖向力.极地附近的海面上露出冰山的一角,已知冰山的密度为920,海水的密度为1025,试求露出海面的冰山体积与海面下的体积之比.解：设冰山的露出体积为,在水上体积为.则有∴答：露出海面的冰山体积与海面下的体积之比为.第三章习题答案选择题〔单选题用欧拉法表示流体质点的加速度等于：〔d〔a；〔b；〔c；〔d+.恒定流是：〔b〔a流动随时间按一定规律变化；〔b各空间点上的流动参数不随时间变化；〔c各过流断面的速度分布相同；〔d迁移加速度为零.一维流动限于：〔c〔a流线是直线；〔b速度分布按直线变化；〔c流动参数是一个空间坐标和时间变量的函数；〔d流动参数不随时间变化的流动.均匀流是：〔b〔a当地加速度为零；〔b迁移加速度为零；〔c向心加速度为零；〔d合加速度为零.无旋流动限于：〔c〔a流线是直线的流动；〔b迹线是直线的流动；〔c微团无旋转的流动；〔d恒定流动.变直径管,直径=320mm,=160mm,流速=1.5m/s.为：〔c〔a3m/s；〔b4m/s；〔c6m/s；〔d9m/s.3.7已知速度场=2+2+2,=-+,=+-.试求点〔2,2,1在=3时的加速度.解：〔m/s2〔m/s2〔m/s2〔m/s2答：点〔2,2,1在=3时的加速度m/s2.3.8已知速度场=,=–,=.试求：〔1点〔1,2,3的加速度；〔2是几维流动；〔3是恒定流还是非恒定流；〔4是均匀流还是非均匀流.解：〔1〔m/s2〔m/s2〔m/s2〔m/s2〔2二维运动,空间点的运动仅与、坐标有关；〔3为恒定流动,运动要素与无关；〔4非均匀流动,速度的位变导数不为0.3.9管道收缩段长2=60cm,直径=20cm,=10cm,通过流量=0.2,现逐渐关闭调节阀门,使流量成线性减小,在20s内流量减为零,试求在关闭阀门的第10s时,管轴线上点的加速度〔假设断面上速度均匀分布.解：解法一流量函数：直径函数：∴流速方程：加速度：对A点：〔m〔m3/s代入得：〔m/s2答：在关闭阀门的第10s时,管轴线上点的加速度为m/s2.3.10已知平面流动的速度场为=,=,、为常数,试求流线方程并画出若干条上半平面〔>0的流线.解：∵∴或为线性方程答：流线方程为.3.11已知平面流动的速度场为=–,=,其中为常数.试求流线方程并画出若干条流线.解：∵∴为圆心在的圆族.答：流线方程为,为圆心在的圆族.3.12已知平面流动的速度场为=.求=1时的流线方程,并画出1≤≤4区间穿过轴的4条流线图形.解：当秒时,∴过的流线为：过的流线为：过的流线为：过的流线为：答：=1时的流线方程为.3.13不可压缩流体,下面的运动能否出现〔是否满足连续性条件？〔1=2；=〔2=；=〔3=；=；=解：〔1∵∴不能出现.〔2∵∴能出现.〔3∵∴不能出现.3.14已知不可压缩流体平面流动,在方向的速度分量为=-2+2.试求速度在方向的分量.解：∵∴∴答：速度在方向的分量.3.15在送风道的壁上有一面积为0.4的风口,试求风口出流的平均速度.解：∵其中：m3/s,m3/s∴〔m3/s∴〔m/s答：风口出流的平均速度m/s.3.16求两平行平板间,流体的单宽流量,已知速度分布为=.式中=0为中心线,=为平板所在位置,为常数.〔单宽,宽度为1.0米解：单宽流量为：答：两平行平板间,流体的单宽流量为.3.17下列两个流动,哪个有旋？哪个无旋？哪个有角变形？哪个无角变形？〔1=–,=；=0〔2=–,=,=0式中、是常数.解：〔1有旋.无角变形.〔2无旋〔不包括奇点.存在角变形运动.3.18已知有旋流动的速度场=2+3,=2+3,=2+3.试求旋转角速度和角变形速度.解：答：旋转角速度,角变形速度.第四章习题答案选择题〔单选题4.1等直径水管,A-A为过流断面,B-B为水平面,1、2、3、4为面上各点,各点的流动参数有以下关系：〔c=；〔b=；〔c+=+；〔d+=+.4.2伯努利方程中++表示：〔a〔a单位重量流体具有的机械能；〔b单位质量流体具有的机械能；〔c单位体积流体具有的机械能；〔d通过过流断面流体的总机械能.4.3水平放置的渐扩管,如忽略水头损失,断面形心点的压强,有以下关系：〔c〔a>；〔b=；〔c<；〔d不定.4.4黏性流体总水头线沿程的变化是：〔a沿程下降；〔b沿程上升；〔c保持水平；〔d前三种情况都有可能.4.5黏性流体测压管水头线的沿程变化是：〔d〔a沿程下降；〔b沿程上升；〔c保持水平；〔d前三种情况都有可能.4.6平面流动具有流函数的条件是：〔d〔a无黏性流体；〔b无旋流动；〔c具有速度势；〔d满足连续性.4.7一变直径的管段,直径=0.2m,=0.4m,高差=1.5m,今测得=30,=40,处断面平均流速=1.5.试判断水在管中的流动方向.解：以过A的水平面为基准面,则A、B点单位重量断面平均总机械能为：〔m〔m∴水流从B点向A点流动.答：水流从B点向A点流动.4.8利用皮托管原理,测量水管中的点速度.如读值=60mm,求该点流速.解：〔m/s答：该点流速m/s.4.9水管直径50mm,末端阀门关闭时,压力表读值为21.阀门打开后读值降至5.5,如不计水头损失,求通过的流量.解：〔1水箱水位〔2阀门开启后,从水箱液面到仪表处列伯努利方程,可得：∴〔m/s〔m3/s答：通过的流量m3/s.4.10水在变直径竖管中流动,已知粗管直径=300mm,流速=6.为使两断面的压力表读值相同,试求细管直径〔水头损失不计.解：以过下压力表处的水平面为基准面,列伯努利方程如下：∵,m,取,当时,有：〔m/s由连续性方程∴〔mm答：细管直径为mm.4.11为了测量石油管道的流量,安装文丘里流量计,管道直径=200mm,流量计喉管直径=100mm,石油密度=850,流量计流量系数=0.95.现测得水银压差计读数=150mm,问此时管中流量是多少.解：其中：；〔m〔m3/s〔l/s答：此时管中流量l/s.4.12水箱中的水从一扩散短管流到大气中,直径=100mm,该处绝对压强=0.5大气压,直径=150mm,试求水头,水头损失忽略不计.解：〔1以出水管轴线为基准面,列管径与处的伯努利方程,可得：取,,kPa∵∴〔m/s〔2从液面到短管出口列能量〔伯努利方程.〔m答：水头m.4.13离心式通风机用集流器从大气中吸入空气,直径=200mm处接一根细玻璃管,已知管中的水上升=150mm,求进气流量〔空气的密度=1.29.解：以集流器轴线的水平面为基准面,从距进口一定距离的水平处列到测管处的伯努利方程,可得：不计损失,取∴其中,则∴〔m/s〔m3/s答：进气流量m3/s.4.14一吹风装置,进排风口都直通大气,风扇前、后断面直径==1m,排风口直径=0.5m,已知排风口风速=40,空气的密度=1.29,不计压强损失,试求风扇前、后断面的压强和.解：以过轴线的水平面为基准面,以及截面列伯努利方程：其中,〔m/s,,∴〔Pa从大气到断面,列伯努利方程：其中,〔相对压强,∴〔Pa答：风扇前、后断面的压强Pa,Pa.4.15两端开口的等直径形管,管内液柱长度为,使液面离开平衡位置而造成液柱振荡,水头损失忽略不计,求液柱的振荡方程=.解：取0-0断面为基准面,由非恒定流的伯努利方程：∵,,,∴∴∵∴令,则答：液柱的振荡方程.4.16水力采煤用水枪在高压下喷射强力水柱冲击煤层,喷嘴出口直径=30mm,出口水流速度=54,求水流对煤层的冲击力.解：取控制体如图,受力如图.〔kN水流对煤层的作用力与构成作用力与反作用力,大小为kN,方向向右.答：水流对煤层的冲击力kN,方向向右.4.17水由喷嘴射出,已知流量=0.4,主管直径=0.4,喷口直径=0.1m,水头损失不计,求水流作用在喷嘴上的力.解：〔1〔m/s〔m/s取过轴线的水平面为基准面,列螺栓断面与出口断面的伯努利方程：∴〔kPa〔2取控制体如图所示,列动量方程.∴〔kN答：水流作用在喷嘴上的力为kN.4.18闸下出流,平板闸门宽=2m,闸前水深=4m,闸后水深=0.5m,出流量=8,不计摩擦阻力,试求水流对闸门的作用力,并与按静水压强分布规律计算的结果相比较.解：〔1由连续方程∴〔m/s〔m/s〔2由动量方程,取控制体如图.∴〔kN〔kN答：水流对闸门的作用力kN,按静水压强分布规律计算的结果kN.4.19矩形断面的平底渠道,其宽度为2.7m,渠底在某断面处抬高0.5m,该断面上游的水深为2m,下游水面降低0.15m,如忽略边壁和渠底阻力,试求：〔1渠道的流量；〔2水流对底坎的冲力.解：〔1以上游渠底为基准面,列上、下游过水断面的能量方程：①其中：,m,m②,m,m③∴〔m3/s〔m/s〔m/s〔2取控制体如图,列动量方程.∴〔kN答：〔1渠道的流量m3/s；〔2水流对底坎的冲力kN.第七章部分习题答案选择题〔单选题7.1.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〔ahf=h；〔bhf=h+l；〔chf=l－h；〔dhf=l.7.2.圆管恒定均匀流动过流断面上切应力分布为：〔b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.7.3.圆管流的下临界雷诺数：〔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.7.4.在圆管流中,紊流的断面流速分布符合：〔dp166〔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.7.5.在圆管流中,层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.7.6.半圆形明渠半径r0=4m,水力半径为：〔c〔a4m；〔b3m；〔c2m；〔d1m.7.7.变直径管流,细断面直径为d1,粗断面直径d2=2d1,粗细断面雷诺数的关系是：〔d〔aRe1=0.5Re2；〔bRe1=Re2；〔cRe1=1.5Re2；〔dRe1=2Re2.7.8.圆管层流,实测管轴线上流速为4m/s,则断面平均流速为:〔c〔a4m/s；〔b3.2m/s；〔c2m/s；〔d1m/s.7.9.圆管紊流过渡区的沿程摩阻系数λ：〔c〔a与雷诺数Re有关；〔b与管壁相对粗糙ks/d有关；〔c与Re及ks/d有关；〔d与Re和管长L有关.7.10.圆管紊流粗糙区的沿程摩阻系数λ：〔b〔a与雷诺数Re有关；〔b与管壁相对粗糙ks/d有关；〔c与Re及ks/d有关；〔d与Re和管长L有关.7.11.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增加；〔b减小；〔c不变；〔d不定.计算题[7.13]水管直径d=10cm,管中流速v=1m/s,水温为10℃,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°时水为紊流得可见,流速为0.30m/s时流态将发生变化.[7.14]通风管径直径为250mm,输送的空气温度为20℃,试求保持层流的最大流量〔7.087L/s；若输送空气的质量流量为200kg/h,其流态是层流还是紊流？〔紊流解：查表得20°时空气s,得为紊流[7.15]有一矩形断面的小排水沟,水深15cm,底宽20cm,流速0.15m/s,水温10℃,试判别流态.解：查表得10°时水水力半径为紊流[7.18]油管直径为75mm,已知油的密度为901kg/m3,运动粘度为0.9cm2/s.在管轴位置安放连接水银压差计的皮托管,水银面高差hp=20mm,试求油的流量.〔5.19L/s；解：皮托管测定的是管轴处的速度假设为层流,,计算雷诺数,所以流动是层流[7.16]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.〔层流的沿程损失计算解：平均流速雷诺数沿程摩阻系数沿程水头损失[例题]应用细管式粘度计测定油的粘度.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ρ=901kg/m3.试求油的运动粘度ν和动力粘度μ.〔0.743cm2/sμ=8.56×10-6m2／s〔层流的沿程损失计算解：列细管测量段前后断面〔1、2伯努利方程,化简设为层流＜2300层流,计算成立.[7.17]在管内通过运动粘度ν为0.013cm2/s的水,实测流量为35cm3/s,长15m管段上的水头损失为2cm水柱,试求此圆管的内径.〔层流的沿程损失计算〔1.94cm解：假设为层流,由泊肃叶公式得检验：是层流,说明计算正确.[7.19]自来水管长600m,直径300mm,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〔涉及紊流的沿程损失解：铸铁管道,取ks=1.25mm〔平均值查穆迪图得[7.20]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〔涉及紊流的沿程损失解：查表,取n=0.135管中流速[7.21]矩形风道的断面尺寸为1200mm×600mm,空气流量为42000m3/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.〔0.0145〔达西公式解：当量直径注：适用于层流和紊流,不必判断.[7.27]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,试求管道的沿程摩阻系数.达西公式解：[7.22]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.〔涉及紊流〔1管流为层流；<1>0.785；〔2管流为紊流粗糙区.<2>0.886解：层流紊流粗糙区,沿程摩阻系数只与粗糙度有关,所以两个管道的沿程摩阻系数相等.[7.23]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.〔13.8局部损失系数公式解：,所以,[7.24]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λ,局部损失系数为ζ,试求在什么条件下,流量随管长的增加而减小？综合解：由伯努利方程得当时,管中流速随管长增加而减小,因管直径不变,流量也随管长增加而减小,即时流量随管长的增加而减小[7.25]用突然扩大使管道流速由v1减到v2,若直径d1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+ζ>d/λ综合解：由伯努利方程得由连续性方程得v1和d1一定.[7.26]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λ=0.02,试求流量及管壁切应力τ.〔3.12L/s；101.12N/m2管壁切应力解：由伯努利方程得流量：[7.28]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λ=0.042,局部损失系数ζ弯=0.8,ζ阀=0.26,通过流量Q=65L/s,试求水池水面高差H.综合解：由伯努利方程得[7.29]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h1=2m,h2=25m,BC段设有阀门,沿程阻力系数λ=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ζ最小应是多少？此时的流量是多少?综合解列伯努利方程.第八章习题答案选择题〔单选题8.1比较在正常工作条件下,作用水头,直径相等时,小孔口的流量和圆柱形外管嘴的流量：〔b〔a>；〔b<；〔c=；〔d不定.8.2圆柱形外管嘴的正常工作条件是：〔b〔a=〔3~4,>9m；〔b=〔3~4,<9m；〔c>〔3~4,>9m；〔d<〔3~4,<9m.8.3图示两根完全相同的长管道,只是安装高度不同,两管的流量关系是：〔c〔a<；〔b>；〔c=；〔d不定.8.4并联管道1、2,两管的直径相同,沿程阻力系数相同,长度=3,通过的流量为：〔c〔a=；〔b=1.5；〔c=1.73；〔d=3.8.5并联管道1、2、3、A、B之间的水头损失是：〔d〔a=++；〔b=+；〔c=+；〔d===.8.6长管并联管道各并联管段的：〔c〔a水头损失相等；〔b水里坡度相等；〔c总能量损失相等；〔d通过的流量相等.8.7并联管道阀门为全开时各段流量为、、,现关小阀门,其他条件不变,流量的变化为：〔c、、都减小；〔b减小,不变,减小；〔c减小,增加,减小；〔d不变,增加,减小.8.8有一薄壁圆形孔口,直径为10mm,水头为2m.现测得射流收缩断面的直径为8mm,在32.8s时间内,经孔口流出的水量为0.01,试求孔口的收缩系数,流量系数,流速系数及孔口局部损失系数.解：∵∴∵∴答：孔口的收缩系数,流量系数,流速系数,孔口局部损失系数.8.9薄壁孔口出流,直径=2cm,水箱水位恒定=2m,试求：〔1孔口流量；〔2此孔口外接圆柱形管嘴的流量；〔3管嘴收缩断面的真空高度.解：〔l/s〔l/s以收缩断面c-c到出口断面n-n列伯努利方程：〔m答：〔1孔口流量L/s；〔2此孔口外接圆柱形管嘴的流量L/s；〔3管嘴收缩断面的真空高度为m.8.10水箱用隔板分为、两室,隔板上开一孔口,其直径=4cm,在室底部装有圆柱形外管嘴,其直径=3cm.已知=3m,=0.5m,试求：〔1,；〔2流出水箱的流量.解：要保持不变,则补充水量应与流出水量保持相等,即孔口出流量、管嘴出口流量均为.∴可解得：〔m〔m〔l/s答：〔1m,m；〔2流出水箱的流量L/s.8.11有一平底空船,其船底面积为8,船舷高为0.5m,船自重为9.8kN,现船底破一直径10cm的圆孔,水自圆孔漏入船中,试问经过多少时间后船将沉没.解：设船底到水面的水深为,船中水深为,下沉过程是平稳的,则有：从孔口流入的流量为,为常数.∴当船沉没时：∴〔s答：经过s后船将沉没.8.12游泳池长25m,宽10m,水深1.5m,池底设有直径10cm的放水孔直通排水地沟,试求放净池水所需的时间.解：设池内水深为时,为水流量为∴∴〔h设水池中的水量为,则水量减少量为∴答：放净池水所需的时间为h.8.13油槽车的油槽长度为,直径为,油槽底部设有卸油孔,孔口面积为,流量系数为,试求该车充满油后所需卸空时间.解：设当油箱中漏深为时,瞬时泄油量为.∴其中,；∴当时∴,当当时∴其中积分可得：答：该车充满油后所需卸空时间为.8.14虹吸管将池中的水输入池,已知长度=3m,=5m,直径=75mm,两池水面高差=2m,最大超高=1.8m,沿程摩阻系数=0.02,局部损失系数：进口=0.5,转弯=0.2,出口=1,试求流量及管道最大超高断面的真空度.解：以下游水面为基准面,从上池水面到下池水面列伯努利方程：∴〔m/s〔L/s从C过流断面到下池水面列伯努利方程：取∵∴m答：流量L/s,管道最大超高断面的真空度为m.8.15风动工具的送风系统由空气压缩机、贮气筒、管道等组成,已知管道总长=100mm,直径=75mm,沿程摩阻系数=0.045,各项局部水头损失系数之和=4.4,压缩空气密度=7.86,风动工具要求风压650kPa,风量0.088,试求贮气筒的工作压强.解：从贮气筒到风动工具入口列伯努利方程,忽略高差,则有：∴〔kPa答：贮气筒的工作压强为kPa.8.16水从密闭容器,沿直径=25mm,长=10m的管道流入容器,已知容器水面的相对压强=2at,水面高=1m,=5m,沿程摩阻系数=0.025,局部损失系数：阀门=4.0,弯头=0.3,试求流量.解：以地面为基准面,从池面到池面列伯努利方程：取；；；,则有〔m/s〔l/s答：流量l/s.8.17水车由一直径=150mm,长=80m的管道供水,该管道中有两个闸阀和4个90°弯头〔=0.03,闸阀全开=0.12,弯头=0.48.已知水车的有效容积为25,水塔具有水头=18m,试求水车充满水所需的最短时间.解：以管出水口为基准面,列伯努利方程：∴〔m/s〔l/s∵∴〔s〔min答：水车充满水所需的最短时间为min.8.18自密闭容器经两段串联管道输水,已知压力表读值=1at,水头=2m,管长=10m,=20m,直径=100mm,=200mm,沿程摩阻系数==0.03,试求流量并绘总水头线和测压管水头线.解：以管中心线为基准面,从容器水面到出口断面列伯努利方程：∵,,可求得：〔m/s〔m/s〔L/s〔m〔m答：流量L/s,总水头线和测压管水头线见上图.8.19水从密闭水箱沿垂直管道送入高位水池中,已知管道直径=25mm,管长=3m,水深=0.5m,流量=1.5L/s,沿程摩阻系数=0.033,局部损失系数：阀门=9.3,入口=1,试求密闭容器上压力表读值,并绘总水头线和测压管水头线.解：以下池水面为基准面,列伯努利方程：∴〔kPa〔m/sxH<m>Hp<m>-h11.58/11.1011.58/10.63l3.977/3.53.5/3.5l+h3.53.5阀4.444.44答：密闭容器上压力表读值kPa,总水头线和测压管水头线见上图.8.20工厂供水系统,由水塔向、、三处供水,管道均为铸铁管,已知流量=10,=5,=10,各段管长=350m,=450m,=100m,各段直径=200mm,=150mm,=100mm,整个场地水平,试求所需水头.解：以水平面为基准面,从水塔水面到断面出口列伯努利方程：其中：,取,查表7-3可得：；；〔l/s；〔l/s；〔l/s代入可得：〔m答：所需水头为m.8.21在长为2,直径为的管道上,并联一根直径相同,长为的支管〔图中虚线,若水头不变,不计局部损失,试求并联支管前后的流量比.解：并联前,设管道的比阻为,则有：,并联后,总流为,两支路的流量为答：并联支管前后的流量比为.8.22有一泵循环管道,各支管阀门全开时,支管流量分别为、,若将阀门开度变小,其他条件不变,试论证主管流量怎样变化,支管流量、怎样变化.解：设主管阻抗为,支管阻抗为,.主管损失为,支管损失为.∴∴∴∴水泵扬程∵∴对离心泵,一般有,∴成立.即减小,而增加,减小,故增加.又∵,当增加时,不变,故增加∴减少答：主管流量减小,支管流量减少、增加.8.23电厂引水钢管直径=180mm,壁厚=10mm,流速=2,工作压强为1×106Pa,当阀门突然关闭时,管壁中的应力比原来增加多少倍？解：其中〔m/s其中Pa；Pa；mm；mm∴〔m〔kPa管中压强增大的倍数为倍.答：管壁中的应力比原来增加倍.8.24输水钢管直径=100mm,壁厚=7mm,流速=1.2,试求阀门突然关闭时的水击压强,又如该管道改为铸铁管水击压强有何变化？解：对钢管：〔m/s对铸铁：〔m/s〔m〔mPaPa答：阀门突然关闭时的水击压强为Pa,该管道改为铸铁管水击压强为Pa.8.25水箱中的水由立管及水平支管流入大气,已知水箱水深=1m,各管段长=5m,直径=25mm,沿程摩阻系数=0.0237,除阀门阻力〔局部水头损失系数外,其他局部阻力不计,试求：〔1阀门关闭时,立管和水平支管的流量、；〔2阀门全开〔=0时,流量、；〔3使=,应为多少？解：〔1阀门关闭.〔m/s〔L/s〔2阀门全开.设结点处压强为,以水平管为基准面,则有：；可得：其中再从水池面到出口列能量方程：∴可得：解得：故,不合题意.代入方程中可得：〔L/s,〔L/s,〔L/s〔3设置阀门开度,使时,阀门阻力系数为.则有①及∵,∴②①/②可得：〔L/s〔l/s答：〔1阀门关闭时,立管和水平支管的流量、L/s；〔2阀门全开〔=0时,流量L/s、L/s；〔3使=,应为.8.26离心泵装置系统,已知该泵的性能曲线〔见图7-49,静扬程〔几何给水高度=19m,管道总阻抗=76000,试求：水泵的流量、扬程、效率、轴功率.解：装置扬程为在图上作曲线,列表如下：确定工作点为：流量〔L/s扬程〔m效率轴功率〔kW8.27由一台水泵把贮水池的水抽送到水塔中去,流量=70,管路总长〔包括吸、压水管为1500m,管径为=250mm,沿程摩阻系数=0.025,水池水面距水塔水面的高差=20m,试求水泵的扬程及电机功率〔水泵的效率=55%.解：水泵扬程〔m〔kW答：水泵的扬程为m,电机功率为kW..第九章习题答案选择题〔单选题9.1明渠均匀流只能出现在：〔b〔a平坡棱柱形渠道；〔b顺坡棱柱形渠道；〔c逆坡棱柱形渠道；〔d天然河道中.9.2水力最优断面是：〔c〔a造价最低的渠道断面；〔b壁面粗糙系数最小的断面；〔c过水断面积一点,湿周最小的断面；〔d过水断面积一定,水力半径最小的断面.9.3水力最优矩形渠道断面,宽深比是：〔c〔a0.5；〔b1.0；〔c2.0；〔d4.0.9.4平坡和逆坡渠道中,断面单位能量沿程的变化：〔b〔a>0；〔b<0；〔c=0；〔d都有可能.9.5明渠流动为急流时：〔a〔a>1；〔b>；〔c<；〔d<0.9.6明渠流动为紊流时：〔a〔a>1；〔b>；〔c<；〔d<0.9.7明渠水流由急流过渡到缓流时发生：〔a〔a水跃；〔b水跌；〔c连续过渡；〔d都可能.9.8在流量一定,渠道断面的形状、尺寸和壁面粗糙一定时,随底坡的增大,正常水深将：〔a增大；〔b减小；〔c不变；〔d不定.9.9在流量一定,渠道断面的形状、尺寸一定时,随底坡的增大,临界水深将：〔b〔a增大；〔b减小；〔c不变；〔d不定.9.10宽浅的矩形断面渠道,随流量的增大,临界底坡将：〔b增大；〔b减小；〔c不变；〔d不定.9.11明渠水流如图8