水力学流动阻力与水头损失-试卷1_真题-无答案

水力学（流动阻力与水头损失）-试卷1

(总分80,考试时间90分钟)

1. 单项选择题

单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。

1. 如图4-7所示，管道断面面积均为A(相等)，断面形状分别为圆形、方形和矩形，其中水流为恒定均匀流，水力坡度J相同，则三者的边壁切应力τ0的相互关系如下，如果沿程阻力系数λ也相等，则三管道通过的流量的相互关系如下_____。 ( )

A. τ0圆＞τ0方＞τ0矩，qv圆＞qv方>＞qv矩 B. τ0圆＜τ0方＜τ0矩，qv圆＜qv方＜qv矩 C. τ0圆＞τ0方＞τ0矩，qv圆＜qv方＜qv矩 D. τ0圆＜τ0方＜τ0矩，qv圆＞qv方>＞qv矩

2. 圆管均匀层流与圆管均匀紊流的_________。 ( ) A. 断面流速分布规律相同 B. 断面上切应力分布规律相同 C. 断面上压强平均值相同 D. 水力坡度相同

3. 紊流内部结构分区的判别参数是_______。 ( ) A. 管壁绝对粗糙度 B. 管壁相对粗糙度 C. 黏滞底层厚度与管壁绝对粗糙度之比 D. 雷诺数 4. 谢才系数C的量纲是_______ ( ) A. L

B. L1/2T-1 C. L-1T1/2 D. 无量纲

5. 如图4—8所示，A、B两种截面管道，已知两管长度相同，通过流量相同，沿程水头损失系数相同，则两管道的沿程水头损失为_______。 ( )

A. hfA＞hfB B. hfA=hfB C. hfA＜hfB

D. 尚不能确定大小

6. 边界层的外边界线可看成是_____。 ( ) A. 一条流线 B. 一条迹线

C. 有旋流动与有势流动的分界线 D. 层流与紊流的分界线

2. 填空题

填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。 1. 圆管沿程水头损失系数λ的影响因素分别是_______。 层流λ=f ( ) 紊流光滑区λ=f( ) 紊流过渡区λ=f( ) 紊流粗糙区λ=f( )

2. 推导管道突然扩大的局部水头损失系数ζ公式时的假设条件有：_____，_____,_____. 3. 在紊流光滑区，沿程水头损失系数λ与相对粗糙度无关的原因是______。

4. 紊流型态可分为3个流区，其判别标准是：光滑区________，过渡区_______，粗糙区______。

3. 计算题

1. 有3根直径相同的输水管，直径d=100mm，通过的流量均为Q=0．015m3／s，管长均为l=1000m，各管的当量粗糙度分别为△1=0．1mm，△2=0．4mm，△3=3mm，水温为20℃，求各管中的沿程水头损失hf，水力坡度J，摩阻流速u*和各管中损失的功率。

2. 有一梯形断面的渠道，已知：底宽b=10m，均匀流水深h=3m，边坡系数1：1，渠道的粗糙系数(即糙率)n=0．02，通过的流量Q=39m3／s，试求在每公里渠道长度上的水头损失及沿程水头损失系数。

3. 如图4—3所示有两个水池。其底部以一水管连通。在恒定的水面差H的作用下，水从左水池流人右水池。水管直径d=500mm，当量粗糙度△=0．6mm，管总长l=100m，直角进口，闸阀的相对开度为，90°缓弯管的转弯半径R=2d，水温为20℃，管中流量为0．5m3／s。求两水池水面的高差H。

4. 设计一给水管道，其直径d已定，今就其长度l研究Ⅰ和Ⅱ两种方案，第Ⅱ方案比第Ⅰ方案短25％。若水塔的水面高程不变，另因水管都很长，可以不计局部水头损失和流速水头，试就光滑管和完全粗糙管两种流区情况分别推求两种方案的流量比QⅡ／QⅠ。

5. 如图4—4所示用水泵从蓄水池中抽水，蓄水池中的水由自流管从河中引入。自流管长l1=20m，管径d1=150mm，吸水管长l2=12m，管径d2=150mm，两管的当量粗糙度均为0．6mm，河流水面与水泵进口断面中点的高差h=2．0m。自流管的莲蓬头进口，自流管出口入池，吸水管的带底阀的莲蓬头进口以及吸水管的缓弯头的局部水头损失系数依次为ξ1=0．2，ξ2=1．0，ξ3=6．0，ξ4=0．3，水泵进口断面处的最大允许真空高度为6．0m水头。求最大的抽水流量。水温为20℃。

6. 有一圆形断面有压隧洞，长l=200m，通过流量Q=700m3／s，如果洞的内壁不加衬砌，其平均直径d1=7．8m，糙率n=0．033；如果用混凝土衬砌，则直径d2=7．0m，糙率n=0．014；试问衬砌方案比不衬砌方案沿程水头损失减少多少?

7. 如图4—5所示，某新铸铁管路，当量粗糙度△=0．3mm，管径d=200mm，通过流量Q=0．06m3／s，管中有一个90°折角弯头，今欲减少其水头损失拟将90°折角弯头换为两个45°折角弯头，或者换为一个缓弯90°角弯头(转弯半径R=1m)，水温为20℃。试求：(1)三种弯头的局部水头损失之比；(2)每个弯头的局部水头损失相当于多长管路的沿程水头损失。

8. 流速由v1变为v2的突然扩大管道，为了减小水头损失，可分为两次扩大，如图4—6所示。问中间段流速v取多大时，所产生的局部水头损失最小?若没有采用两次扩大，则一次扩大的水头损失为多少?

9. 直径d=1cm的小球，在静水中以匀速v=0．4m／s下沉，水温为20℃，试求：(1)小球受的阻力F；(2)小球的比重s。

10. 底宽与水深均为a的矩形断面明渠和边长为a的正方形管道中通过水流时，假定水力坡度相同，试求它们的边壁切应力之比τ1／τ2；再假定沿程水头损失系数λ亦相同，求它们的流量之比Q1／Q2。

11. 如图4-9所示，动力黏滞系数为μ的液体在宽度为b的矩形断面明渠中作层流运动。已知液体深度为h，流速分布方程u=u0[1一(y／h)2]，式中u0为表面流速。坐标y由液面铅直向下。若μ、b、u0为已知，求： (1)断面平均流速； (2)渠底切应力。

12. 如图4-10所示，圆管中的流速分布为u=um(1一r／r0)1/7。式中：um为管中最大流速；r0为管道半径，r为任一液层处的半径。试计算：(1)断面平均流速v与um的比值；(2)点流速恰好等于断面平均流速处的半径rcp与r0的比值。

13. 有一圆形断面输水隧洞，长度L=500m，直径d=5m。当通过流量Q=200m3／s时，沿程水头损失hf=7．58m。求沿程水头损失系数λ。

14. 图4-11所示为一倾斜放置的等直径输水管道。已知管径d=200mm，A、B两点之间的管长L=2m，比压计液面差△h=0．2m。油的重度γ0=8600N／m3。求： (1)A、B两点之间的沿程水头损失hf；(2)A、B两点的测压管水头差；(3)圆管边壁的切应力τ0，并绘出圆管断面的切应力分布图。

15. 如图4-12所示，管道出口段长l=2m，d=0．1m，通过ρ=1000kg／m3的流体，流量Q=0．02m3／s，已知h=1．8m。求：(1)管道壁面切应力τω；(2)该管段的沿程水头损失系数λ。

16. 带有两个90°转弯的管道，直径d=100mm，长度l=10m，沿程水头损失系数λ=0．037，转弯的局部水头损失系数ζ=0．29，现取消两弯段，但管长和管段两端的总水头差均不变。问流量能增加百分之几?

17. 在直径d=32mm的管路中，流动着液压油，已知流量为3L／s，油液运动黏度v=30×10-2cm2／s，试确定：(1)流动状态；(2)在此温度下油的临界速度。

18. 如图4—13所示，用管径d=75mm的管道输送重油，已知γ1=8．83kN／m3，运动黏度v1=0．9cm2／s，如在管轴线上装水银压差计的毕托管，水银液面高差hp=20mm，求重油流量。γ2=133．38kN／m3(下标1为油，下标2为水银)。

19. 如图4—14所示，油的流量Q=7．7mL／s，通过直径d=6mm的细管，在l=2m长的管段两端装有水银压差计，压差计读数hp=18cm，已知水银γh=133．38kN／m3，油的γ0=8．43kN／m3，求油的运动黏度。

20. 圆管直径d=15cm，平均流速v=1．5m／s，水温t=18℃，v=0．01062cm2／s，已知沿程阻力系数λ=0．03，试求黏性底层厚度。若水流速度提高至3．0m／s，δ0如何变化?又若流速不变，管径增大到30cm，δ0又如何变化?

21. 水平管直径d=100mm，管中装一蝶阀。为测定蝶阀的局部水头损失系数ζ，在蝶阀前后设有U形水银压差计，如图4—15所示，当管中通过流量Q=15．7L／s时，水银柱高差h=500mm，设沿程水头损失可以不计，求蝶阀在该开度时的局部水头损失系数。

22. 图4—16所示管道出口段长l=10m，直径d=0．1m，通过重度γ=9800N／m3的流体，流量Q=0．02m3／s。已知h=0．2m，hm=0．1m，γH=13．6γ，求：(1)管道壁面切应力τω；

(2)该管段的沿程水头损失系数λ。

23. 某灌溉系统的塑料管道，管径d=50mm，管长l=5m。已测得50s内出口出水量为200L，管道首末测压管水头差为0．5m，求管道糙率n和相应的沿程水头损失系数λ。 24. 若要一次测得圆管层流的断面平均流速，试问毕托管应放在距离管轴多远处? 25. 推求圆管和宽矩形明槽在层流流速分布条件下的动量修正系数α’。

26. 推求指数流速分布条件下的宽矩形明槽的α，α’及混合长度l的表达式。

27. 试根据圆管层流中的公式，水力光滑管中公式及完全粗糙区的分析沿程水头损失hf与断面平均流速v之间的关系。

28. 一直径d=0．05mm、密度ρs=2650kg／m3的球形沙粒，在20℃的静水中匀速下沉，求其沉速。