武汉大学水力学复习题及答案63-第10页
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武汉大学水力学复习题及答案63-10
71、有一供实验用的圆管，直径为15mm，今进行；Q?0.00002m3/s时，水流所处的流态，并；变点时，量测段的流量和沿程水头损失各为多少？设水；72、直径d?300mm的管道长l?5km，输送；73、半径r0?150mm的输水管在水温t?15；，试求r?0.5r0处的混；合长度和卡门常数?；-3；（(1)=8.45Pa,η=0(r=0时)；(2；74、
71、有一供实验用的圆管，直径为15mm，今进行沿程水头损失试验，量测段管长为4.0m，试问：（1）当流量Q?0.00002m3/s时，水流所处的流态，并计算该量测段的沿程水头损失；（2）当水流处于由紊流至层流的临界转变点时，量测段的流量和沿程水头损失各为多少？设水温为400C。（（1）0.0103m；（2）0./s；0.0191m）72、直径d?300mm的管道长l?5km，输送重度??9.66kN/m3的重油，其重量流量G?2373kN/h（h为小时），试计算油温从t1?100C（运动粘度?1?25cm2/s）变到t2?400C（?2?1.5cm2/s）时，管道的损失功率的变化。并说明你做完此题后得到的启示。
（hf1=438m,N1=289KW, hf2=23.6m, N2=17.35KW） 73、半径r0?150mm的输水管在水温t?15C下进行试验，所得数据为断面平均流速v?3.0m/s及沿程水头损失系数??0.015。求（1）r?0.5r0和r?0处的切应力；（2）如果流速分布曲线在r?0.5r0处的时均流速梯度为4.34/s，该点的粘性切应力和紊流附加切应力；（3）设混合长度l采用沙特克维奇公式l??y?y ，试求r?0.5r0处的混合长度和卡门常数?。-3（(1) =8.45Pa , η=0(r=0时)；(2)η1=4.94×10Pa , η2=8.445Pa；(3)l=0.021m, κ=0.39597）74、若要一次测得圆管层流的断面平均流速，试问比托管应放在距离管轴多远处？
（r=0.707r0）75、有三个管道，其断面形状分别为如图示的圆形、正方形和矩形，它们的过水断面积相等，水力坡度也相等。试求：（1）三者边壁上的平均切应力之比；（2）当沿程水头损失系数?相等时，三者的流量之比。
（（1）1.0:0.886:0.837；（2）1.0:0.） '76、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?。
（αn’圆管=1.33 , α’宽矩形=1.2）77、若圆管紊流光滑区的流速分布服从指数规律，即有u?umax?yr0?。求证动能修正系数?和动量修正系数?分'?n?1??n?2?
?别为：??43n?13n?233'?n?1??n?2??42n?12,并推求混合长度l的数学表达式.
78 、推求指数流速分布条件下的宽矩形明槽的?,?及混合长度l的表达式.
（α'(n?1)3=3n?1, α’(n?1)2=2n?1） 79 、根据例题4-12所提供的数据,计算从左水箱到右水箱的连接管的所有水头损失的数据,绘制水头线图.80 、有甲乙两输水管,甲管直径为200mm,当量粗糙度为0.86mm,流量为0.00094m3;乙管直径为40mm,当量粗糙度为0.19mm,流量为0.0035m3,水温为150C,试判别两根管中水流处于何种流区。如果处于水力光滑区请用布拉休斯公式计算?;如果处于过渡区可先用Jain公式计算?.最后计算两管的水力坡度J。
（甲管:光滑区 J=0.；乙管:紊流过度区,λ=0.0311 ,J=0.308）81 、有三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200C,用查穆迪图的方法求各管中的沿程水头损失hf,水力坡度J,摩阻流速u?和各管中的损失功率.
（hf1=38.7m,J1=0.0387 ,u*1=0.0974m/s,N1=5.689KW； hf2=55.837m,J2=0.0558 ,u*2=0.117m/s,N2=8.207KW；
hf3=106.1m,J3=0.106 ,u*3=0.161m/s,N3=15.6KW）82、试根据圆管层流中的??Re公式，水力光滑管中??0.Re0.25公式及完全粗糙区的??0.11??d?0.25分析沿程水头损失hf与断面平均流速?之间的关系。83、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摩阻流速和沿程水头损失系数。（每千米长渠上损失沿程水头0.148m,u*=0.0553m/s,λ=0.0245）84、如图示有两个水池。其底部以一水管连通。在恒定的水面差H的作用下，水从左水池流入右水池。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5，900缓弯管的转变半径R?2d，水温为200C，管中流量为0.5m/s。求两水池水面的高差H。可以认为出水池（即右水池）的过水断面面积远大于水管的过水断面面积。
（3.81m）3 85、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。
（光滑管区 QⅡ/QⅠ=1.179,粗糙区QⅡ/QⅠ=1.155）86、如图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?1?0.2,?2?1.0,?3?6.0,?4?0.3，水泵进口断面处的最大允许真空高度为6.0m水头高。求最大的抽水流量。水温为20C。
（Q=0.04126m/s） 3 387、有一圆形断面有压隧洞，长l?200m，通过流量Q?700m/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几多？
（hf1- hf2=19.21-6.16=13.05m）88、某新铸铁管路，当量粗糙度??0.3mm，管径d?200mm，通过流量Q?0.06m/s，管中有一个90折角弯000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20C。试求：（1）三种弯头的局部水头损失之比；（2）每个弯头相当于多少米长管路的沿程水头损失。
（(1)ζ1=1.1, ζ2=0.35, ζ3=0.=4.78m, l2=3.04m, l3=0.57m,） 3 89、直径d?1cm的小球，在静水中以匀速v?0.4m/s下沉，水温为200C，试求：（1）小球受的阻力F；（2）小球的比重s。
（(1)F=0.001963N (2)s=1.612）90、利用公式（4-2-22），即紊流流核的普郎特普适速度分布律，推导其断面平均流速v的表达式（4-2-24）。 第五章
量纲分析和液流相似原理1、模型中测得闸孔收缩断面处的平均流速vm=1.5m/s，采用的长度比尺λl=25，则原型中收缩断面处的平均流速vp=37.5m/s。
) 2、沿程水头损失系数λ的量纲与谢才系数c的量纲相同。
) 3、水流在紊流粗糙区时，要做到模型与原型流动的重力和阻力相似，只要模型与原型的相对粗糙度相等，进行模型设计时就可用
雷诺相似准则
佛汝德相似准则
欧拉相似准则
韦伯相似准则
4、佛汝德相似准则考虑起主导作用的力是
(2)表面张力
(3)粘滞阻力
(4)紊动阻力 5、雷诺相似准则考虑起主要作用的力是
(3) 粘滞阻力
(4) 紊动阻力6、某模型按雷诺相似准则设计，模型长度比尺 λl =10，选用的模型液体与原型相同。若测得模型某断面平均流速 vm=100 cm／s，则原型中相应的平均流速 vP=____________________________。7、某溢洪道按重力相似准则设计模型，模型长度比尺 λl=50。如原型流量 qvP=1500 m3／s，则模型流量 qm=______________________。8、根据雷诺相似准则导出流速、流量、时间、力、切应力等物理量比尺的表达式。9、根据重力相似准则导出流速、流量、时间、力、压强等物理量比尺的表达式。10、何谓量纲和谐性？试说明下列各式是否满足量纲和谐性？(1)η=μdu／ (2)V = cRJ;(3) qv=1.4 H2.53311、某水闸泄水流量qv=120m/s，拟进行模型试验。已知实验室最大供水流量为 0.75 m/s，则可选用的模型长度比尺λl 的最小值为多少？又测得模型闸门上的作用力 F=2.8 N，则原型闸门上的作用力为多少？ (?lmin?7.61；Fp?1234N) 12、按基本量纲为[L、T、M]推导出动力粘性系数?，体积弹性系数?，表面张力系数?，切应力?，线变形率?，角变形率?，旋转角速度?，势函数?，流函数?的量纲。13、将下列各组物理量整理成为无量纲数：（1）?,v,?；（2）?p,v,?,?；（3）F,l,v,?；（4）?,l,v,?。214、试用雷利法分析自由落体在重力影响下降落距离S的公式为S?kgt，假设S和物体质量m，重力加速度g和时间t有关。 215、作用于沿圆周运动物体上的里F与物体的质量m，速度v和圆的半径R有关。试用雷利法证明F与mv/R成正比。16、假定影响孔口泄流流量Q的因素有孔口尺寸a，孔口内外压强差?p，液体的密度?，动力粘度?，又假定容器甚大，其它边界条件的影响可以忽略不计，试用?定理确定孔口流量公式的正确形式。
(Q=m2gHa)2 17、圆球在粘性流体中运动所受的阻力F与流体的密度?，动力粘度?，圆球与流体的相对运动速度v，球的直径D等因素有关，试用量纲分析方法建立圆球受到流体阻力F的公式形式。
(F?Cd?v22D2) 18、用?定理推导鱼雷在水中所受阻力FD的表示式，它和鱼雷的速度v、鱼雷的尺寸l、水的粘度?及水的密度?有关。鱼雷的尺寸l可用其直径或长度代表。
(FD=ρvlf(Re) )19、水流围绕一桥墩流动时，将产生绕流阻力，该阻力和桥墩的宽度b（或柱墩直径d）、水流速度v、水的密度?和22粘度?及重力加速度g有关。试用?定理推导绕流阻力表示式。
(FD=ρbvf(Re,Fr))20、试用?定理分析管流中的阻力表达式。假设管流中阻力F和管道长度l、管径d、管壁粗糙度?、管流断面平均22流速v、液体密度?和粘度?等有关。
(η0=f(?,Re)?v2) d 21、试用?定理分析管道均匀流动的关系式。假设流速v和水力坡度J、水力半径R、边界绝对粗糙度?、水的密度??、粘度?有关。
(J=f(,Re))R 22、试用?定理分析堰流关系式。假设堰上单宽流量q和重力加速度g、堰高P、堰上水头H、粘度?、密度?及表面张力系数?等有关。
(q=m2g H)1.523、在深水中进行炮弹模型试验，模型的大小为实物的1/1.5，若炮弹在空气中的速度为500km/h，问欲测定其粘性阻力时，模型在水中试验的速度应当为多少？（设温度t均为200C）
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