第四章流动阻力和水头损失 复习思考题 1.怎样判别粘性流体的两种液态一一层流和紊流? 2.为何不能直接用临界流速作为判别液态(层流和紊流)的标准? 3.常温下,水和空气在相同的直径的管道中以相同的速度流动,哪种流体易为紊流? 4.怎样理解层流和紊流切应力的产生和变化规律不同,而均匀流动方程式τ=PgRJ对两 种液态都适用 5.紊流的瞬时流速、时均流速、脉运流速、断面平均流速有何联系和区别? 6.何谓粘性底层?它对实际流动有何意义? 7.紊流不同阻力区(光滑区,过渡区,粗糙区)沿程摩擦阻系数λ的影响因素何不同? 8.什么是当量粗糙?当量粗糙高度是怎样得到的? 9.比较圆管层流和紊流水力特点(切应力、流速分布、沿程水头损失、没种摩系数)的差 异 10.造成局部水头损失的主要原因是什么? 11.什么是边界层?提出边界层概念对水力学研究有何意义? 12.何谓绕流阻力,怎样计算? 习题 选择题 4-1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: (b) hsh+l: (c)h=l-h (d) hel 4-2圆管流动过流断面上切应力分布为: (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。 (a) 题4-2图 4-3在圆管流中,紊流的断面流速分布符合:
第四章 流动阻力和水头损失 复习思考题 1．怎样判别粘性流体的两种液态——层流和紊流？ 2．为何不能直接用临界流速作为判别液态（层流和紊流）的标准？ 3．常温下，水和空气在相同的直径的管道中以相同的速度流动，哪种流体易为紊流？ 4．怎样理解层流和紊流切应力的产生和变化规律不同，而均匀流动方程式 0 = gRJ 对两 种液态都适用？ 5．紊流的瞬时流速、时均流速、脉运流速、断面平均流速有何联系和区别？ 6．何谓粘性底层？它对实际流动有何意义？ 7．紊流不同阻力区（光滑区，过渡区，粗糙区）沿程摩擦阻系数 的影响因素何不同？ 8．什么是当量粗糙？当量粗糙高度是怎样得到的？ 9．比较圆管层流和紊流水力特点（切应力、流速分布、沿程水头损失、没种摩系数）的差 异。 10．造成局部水头损失的主要原因是什么？ 11．什么是边界层？提出边界层概念对水力学研究有何意义？] 12．何谓绕流阻力，怎样计算？ 习题 选择题 4-1 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）hf=h； （b）hf=h+l； （c）hf=l－h； （d）hf=l。 4-2 圆管流动过流断面上切应力分布为： （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。 4-3 在圆管流中，紊流的断面流速分布符合：
(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 4-4在圆管流中,层流的断面流速分布符合: (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 4-5半圆形明渠半径m=4m,水力半径为: (a)4m: (b)3m (c)2m (d) Im 题4-5图 4-6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: (a)Re1=0.5Re2 (b) Re= rex (c)Re1=1.5Re2; (d) Re=2 Re 4-7圆管层流,实测管轴线上流速为4m/s,则断面平均流速为: (a)4 m/s: (b)3.2m/s (c)2 m/s (d)1m/s。 4-8圆管紊流过渡区的沿程摩阻系数λ: (a)与雷诺数Re有关 (b)与管壁相对粗糙k/d有关; (c)与Re及kd有关 (d)与Re和管长l有关 4-9圆管紊流粗糙区的沿程摩阻系数λ: (a)与雷诺数Re有关 (b)与管壁相对粗糙k/d有关 (c)与Re及kd有关 (d)与Re和管长l有关 4-10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: (a)增加 (b)减小 不变 (d)不定。 计算题 4-11水管直径d=l0cm,管中流速μ=lms,水温为10℃,试判别流态。又流速等于多少时,流 态将发生变化?(紊流;U。=0.0301m/s)
（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。 4-4 在圆管流中，层流的断面流速分布符合： （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。 4-5 半圆形明渠半径 r0=4m，水力半径为： （a）4m； （b）3m； （c）2m； （d）1m。 4-6 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： （a）Re1=0.5 Re2； （b）Re1= Re2； （c）Re1=1.5 Re2； （d）Re1=2 Re2。 4-7 圆管层流，实测管轴线上流速为 4m/s，则断面平均流速为： （a）4 m/s； （b）3 .2m/s； （c）2 m/s； （d）1 m/s。 4-8 圆管紊流过渡区的沿程摩阻系数 λ： （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。 4-9 圆管紊流粗糙区的沿程摩阻系数 λ： （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。 4-10 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： （a）增加； （b）减小； （c）不变； （d）不定。 计算题 4-11 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？（紊流；υc=0.0301m/s）
4-12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。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) 4-13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。(紊流) 4-14输油管的直径d150mm,Q=16.3m/h,油的运动粘度 1=02cm2/s,试求每公里管长的沿程水头损失。(0.743m) 4-15应用细管式粘度计测定油的粘度。已知细管直径d=6mm, 题4-15图 测量段长}2m,实测油的流量=77cm/s,水银压差计读值 h=30cm,油的密度p=90lkgm3。试求油的运动粘度v和动力粘度u。(0.743mU=8.56×10m2 /s) 4-16为了测定圆管内径,在管内通过运动粘度v为0013cm2/s的水,实测流量为35cm/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) 4-17油管直径为75mm,已知油的密度为90kg/mn3,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;) 4-18自来水管长600m,直径300mm,铸铁管道,通过流量 啡 60m/h,试用穆迪图计算沿程水头损失。(0.176m) 4-19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) 420矩形风道的断面尺寸为1000mm×600mm,空气流量为 4200mh,空气密度为101lkg/m3,测得相距12m的两断面间 的压强差为316N/m2。试求风道的沿程摩阻系数。(0.0144) 题4-17图 4-21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) 4-22输水管道中设有阀门,已知管道直径为50mm,通过流量为334Ls,水银压差计读值 △=150mm,沿程损失不计,试求阀门的局部损失系数。(12.83)
4-12 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。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） 4-13 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。（紊流） 4-14 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。（0.743m） 4-15 应用细管式粘度计测定油的粘度。已知细管直径 d=6mm， 测量段长 l=2m，实测油的流量 Q=77cm3 /s，水银压差计读值 h=30cm，油的密度ρ=901kg/m3。试求油的运动粘度 ν 和[动力]粘度 μ。（0.743mυ=8.56×10-6 m 2 ／s） 4-16 为了测定圆管内径，在管内通过运动粘度 ν 为 0.013cm2 /s 的水，实测流量为 35 cm3 /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） 4-17 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；） 4-18 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） 4-19 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） 4-20 矩形风道的断面尺寸为 1000mm×600mm，空气流量为 4200m3 /h，空气密度为 1011kg/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） 4-21 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） 4-22 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）
题4-22图 题423图 4-23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ξ,试求在什么条件下,流量随管长的增加而减小? 4-24用突然扩大使管道流速由η减到γ,若直径d及流速ν一定,试求使测压管液面差成为最 大的n及d是多少,并求最大h值。(H(1+)d/A) 4-25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A=0.02,试求流量及管壁切应力τ。(d2=1.414d) 题4-24肉 425图 4-26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。(3.12L/s:101.12N/m2) 4-27两水池水位恒定,已知管道直径d=10cm,管长20m,沿程摩阻系数A=0.042,局部损失 系数ξ弯=0.8,《w=0.26,通过流量Q=65L/,试求水池水面高差H。(0.022)
4-23 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？ 4-24 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） 4-25 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。（d2=1.414d） 4-26 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。（3.12L/s；101.12N/m2） 4-27 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。（0.022）
题4-27图 4-28自水池中引出一根具有三段不同直径的水管,已知直径d=50mm,D=200mm,长度L=100m, 水位H=12m,沿程摩阻系数为λ=0.03,局部损失系数ξw=5.0,试求通过水管的流量并绘总水头 线及测压管水头线。(43.9m) 4-29有两辆迎风面积相同A=2m2的汽车。其一为20世纪20年代的老式车,其阻力系数Cb=08 另一为20世纪90年代有良好外形的最新式车,其阻力系数Cp=0.28。若两车均以90km/h的速 度在20℃的静止空气中行驶。试求为克服空气阻力各需多大的功率?(15:5.25kW) 4-30输电塔间距500m,两塔间架设20根直径2cm的电缆线,若风速以80kmh横向吹过电缆, 求电塔承受的力。已知空气的密度为1.29kg/m3,空气的粘度为7×10°Pa·s,假设电缆之间无 干扰。(76.44kW) 题4-28图
4-28 自水池中引出一根具有三段不同直径的水管，已知直径 d=50mm，D=200mm，长度 L=100m， 水位 H=12m，沿程摩阻系数为 λ=0.03，局部损失系数 ζ 阀=5.0，试求通过水管的流量并绘总水头 线及测压管水头线。（43.9m） 4-29 有两辆迎风面积相同 A=2m2 的汽车。其一为 20 世纪 20 年代的老式车，其阻力系数 CD=0.8。 另一为 20 世纪 90 年代有良好外形的最新式车，其阻力系数 CD=0.28。若两车均以 90km/h 的速 度在 20℃的静止空气中行驶。试求为克服空气阻力各需多大的功率？（15；5.25kW） 4-30 输电塔间距 500m，两塔间架设 20 根直径 2cm 的电缆线，若风速以 80km/h 横向吹过电缆， 求电塔承受的力。已知空气的密度为 1.29kg/m3，空气的粘度为.7×10-5 Pa·s，假设电缆之间无 干扰。（76.44kW）