流體力學與葉柵理論課程考試試題

流體力學與葉柵理論課程考試試題

一'選擇題（每小題1分，共10分）

1、在括號內(nèi)填上“表面力”或“質(zhì)量力”：

摩擦力（）；重力（）;

離心力（）；浮力（）;

壓力（）。

2、判斷下列敘述是否正確（對者畫4,錯者畫X）：

（a）基準面可以任意選取。（）

（b）流體在水平圓管內(nèi)流動，如果流量增大一倍而其它條件不變的話，沿程

阻力也將增大一倍。（）

（O因為并聯(lián)管路中各并聯(lián)支路的水力損失相等，所以其能量損失也一定相

等。（）

（d）定常流動時，流線與跡線重合。（）

（e）沿程阻力系數(shù)入的大小只取決于流體的流動狀態(tài)。（）

二、回答下列各題（1—2題每題5分，3題10分，共20分）

1、什么是流體的連續(xù)介質(zhì)模型？它在流體力學中有何作用？

2、用工程單位制表示流體的速度、管徑、運動粘性系數(shù)時，管流的雷諾數(shù)Re=10l

問采用國際單位制時，該條件下的雷諾數(shù)是多少？為什么？

3、常見的流量的測量方法有哪些？各有何特點？

三、計算題（70分）

1、如圖所示，一油缸及其中滑動栓塞，尺寸D=120.2mm,119.8mm,L=160mm,

間隙內(nèi)充滿〃=0.065PaS的潤滑油，若施加活塞以F=10N的拉力，試問活塞勻速運

動時的速度是多少？（10分）

題1圖

2、如圖所示一盛水容器，已知平壁AB=CD=2.5m,8c及為半個圓柱體，半

徑R=lm,自由表面處壓強為一個大氣壓，高度”=3m,試分別計算作用在單位

長度上AB面、面和面所受到的靜水總壓力。（10分）

3、原型流動中油的運動粘性系數(shù)如=15xl0-5m2/s,其幾何尺度為模型的5倍，如

確定佛汝德數(shù)和雷諾數(shù)作為決定性相似準數(shù)，試問模型中流體運動粘性系數(shù)

Vm=?（10分）

4、如圖所示，變直徑圓管在水平面內(nèi)以a=30。彎曲，直徑分別為4=0.2m,

d2=0.15m,過水流量若為0=0.1n?/s,P/=1000N/m2時，不計損失的情況下，求水

流對圓管的作用

力及作用力的位置。（20分）

題4圖

5、兩水池的水位差”=6m,用一組管道連接，管道的第一段3C長L/=3000m,

直徑J/=600mm,C點后分為兩根長L2=L.?=3000m,直徑d2=d3=300mm的并聯(lián)管，

各在D點及E點進入下水池。設(shè)管道的沿程阻力系數(shù)2=0.04,求總流量Q=?（20

分）

題5圖

習題

第一章緒論

1.連續(xù)介質(zhì)假設(shè)意味著0

(A)流體分子互相緊連(B)流體的物理量是連續(xù)函數(shù)

(C)流體分子間有空隙(D)流體不可壓縮

2.流體的體積壓縮系數(shù)即是在一條件下單位壓強變化引起的體積變化率。

(A)等壓(B)等溫(C)等密度

3.在常溫下水的密度為kg/m3o

(A)1(B)10(C)100(D)1000

4.空氣的體積彈性模數(shù)E=—o

(A)(B)(C)(D)

5.溫度為20℃,壓強為105pa的空氣密度為kg/m3o

(A)341(B)17.42(C)1.19(D)0.041

6.水的體積彈性模數(shù)—空氣的彈性模數(shù)。

(A)小于(B)近似等于(C)大于

7.靜止流體—剪切應(yīng)力。

(A)不能承受(B)可以承受(C)能承受很小的(D)具有粘性時可承受

8.溫度升高時，空氣的粘性系數(shù)0

(A)變小(B)變大(C)不變

9.運動粘性系數(shù)的單位是—o

(A)(B)(C)(D)

10.一是非牛頓流體。

(A)水(B)空氣(C)血液①)瀝青

11.動力粘性系數(shù)與運動粘性系數(shù)的關(guān)系為—o

(A)(B)(C)(D)

12.流體的粘性與流體的—無關(guān)。

(A)分子內(nèi)聚力(B)分子動量交換(C)溫度(D)速度剃度

13.潤滑油的動力粘性系數(shù)，已測得剪切應(yīng)力為，流體微團的角變形速率則為

(A)4(B)1/4(C)25(D)0.04

14.—的流體稱為理想流體。

(A)速度很小(B)速度很大(C)忽略粘性切力(D)密度不變

15.表面張力系數(shù)的量綱是—o

(A)(B)(C)(D)

16.下列四種液體中，接觸角的液體不潤濕固體。

(A)120°(B)20°(C)10°(D)0°

17.動力粘性系數(shù)的流體沿平板壁面流動，測得離壁面處的速度分布為，在y

=5mm處的粘性切應(yīng)力為。

(A)-2.97(B)0(C)8.9x10-4(D)0.027

18.溫度升高時，表面張力系數(shù)—o

(A)增大⑻減小(C)不變

19.毛細液柱高度h與成反比。

(A)表面張力系數(shù)(B)接觸角(C)管徑(D)粘性系數(shù)

20.液滴內(nèi)的壓強與大氣壓強之差。

(A)>(B)=(C)<

第二章流體靜力學

1.什么是絕對壓力、相對壓力、真空？它們之間的關(guān)系如何？

2.已知大氣壓力為98.1kN/m2。求：(1)絕對壓力為117.72kN/n?時的相對壓力;

(2)絕對壓力為68.5kN/n?時的真空值各是多少？(用水柱高度表示)

3.流體靜壓力有哪些特性？

4.什么是等壓面？等壓面的兩個重要性質(zhì)是什么？

5.流體靜力學基本方程式有哪幾個表達式？方程式的物理意義、幾何意義如何?

6.如圖2-34所示，已知p=8OOkg/m3,0=64kpa,/?2=79.68kpa,求Az。

圖2-34題6圖

2

7.如圖2-35所示，已知A/=0.2m；A2=10.0m,匕=100kN,試求尸2為多

少。

圖2-35題7圖

8.水深h=3m,大氣壓pa=lat,求水池底部的相對壓強及絕對壓強。9.虹吸管

內(nèi)最低絕對壓強為45kpa,及pa=lat,試求虹吸管內(nèi)的最大真空值pv和最大真

空度〃產(chǎn)?

如圖2-36所示，D=60mm,d=5mm,/『200mm,求：杯口氣壓的真空度

圖2-36題10圖

11.如圖2-37所示，已知鉛垂放置閘門"=2m,3=1.2m求:作用于閘門上

的總壓力及作用點位置。

圖2-37題11圖

12.已知如圖2-38所示，閘門為圓形Q=1.25m,?80°，可繞通過C的水平軸旋轉(zhuǎn)

求(1)作用在閘門上的轉(zhuǎn)矩與閘門在水下的深度無關(guān)

(2)閘門完全淹沒，作用在閘門的轉(zhuǎn)矩

圖2-38題12圖

13.如圖2-39所示，直徑相等的半球形面，求作用在三個球面的作用力的大小

及方向。

圖2-39題13圖

14.如圖2-40所示，弧形閘門，寬8=5m,6M5°,r=2m,轉(zhuǎn)軸與水平面平齊

求：水對閘門軸的壓力

ac

圖2-40題14圖

15.如圖2-41所示，一輛小車車箱長L,高”，裝有1/2的水，向右行駛，求使

水不溢出的最大加速度。

圖2-42題15圖

16.如圖2-43所示，底面積相同，高度相同、形狀不同的四個容器，置于桌面

±o不計容器質(zhì)量。試求四個容器中的水對桌子的作用力的大小順序以及水對容

器底部的作用力的大小順序。

圖2-43題16圖

17.求如圖2-44所示，水下傾斜放置的平板，已知〃=3m,寬b=5m,a=30°。

求：作用在平板上的總壓力和壓力中心的位置。

h

圖2-44題17圖

18.如圖2-45所示，用一U形管測量汽車的加速度，L=200mm,當汽車加速行

駛時，使〃=100mm,求汽車的加速度。

圖2-45題18圖

19.如圖2-46所示，一容器，上部為油，下部為水，已知4=L5m,4=3m,油的

密度為夕o=800Zg/m3,求作用于容器側(cè)壁A3單位寬度上的作用力的大小及其作

用點的位置

圖2-46題19圖

20.量測容器中A點壓強的真空計如圖2-47所示，已知：z=lm,//=2m,當?shù)卮?/p>

氣壓為98kPa,求A點的絕對壓強，相對壓強和真空度。

圖2-47題20圖

21.如圖2-48所示，已知％=0.91,%=0.61m,%=%=0.305m,夕油=900匕/11?,

計算各液面的相對壓強。

圖2-48題21圖

22.如圖2-49所示，用復式測壓計測量鍋爐中水面上蒸汽的絕對壓強p,已知

H-3m,4==2.5m,%=1-2m,/i4=2.3m,試求p值的大小。

圖2-49題22圖

23.如圖2-50所示，一圓柱形容器，直徑d=L2m,充滿水，并繞垂直軸等角速

度旋轉(zhuǎn)，在頂蓋上“=0.4m處安裝一開口測壓管，管中的水位/i=0.5m。問此容

器的轉(zhuǎn)速〃為多少時頂蓋所受的總壓力為0。

圖2-50題23圖

24.如圖2-51所示，設(shè)計自動泄水閥，要求當水位為〃時，用沉沒一半的加油

柱形浮標將細桿所連接的堵塞提起。已知堵塞直徑4,浮標長/,活動部件的重量

G,求浮標直徑。為多少，如果浮標改為圓球形，其半徑/?應(yīng)為多少？

—

D

圖2-51題24圖

25.如圖2-52所示，，一正方形容不得器，底面積為。xb=200x200mm2,

m}-4kgo當它裝水的高度〃=150mm時，在/”?=25左g的載荷作用下沿平面滑動。

若容器的底與平面間的摩擦系數(shù)/=0.3,試求不使水溢出時容器的最小的高度

Ho

圖2-52題25圖

26.如圖2-53所示，半徑火=0.2m,長度/=2m的圓柱體與油(比重為0.8)、

水接角，圓柱體右邊與容器頂邊成直線接觸，試求：

(1)圓柱體作用在容器頂邊上的力；

(2)圓柱體的重量與比重。

27.如圖2-54所示，用熔化鐵水（比重為7）鑄造帶凸緣的半球形零件，已知，

H=0.5m,D=0.8m,R=0.3m/=0.05m，a=0.02m,2=0.05m,試求鐵水作用在

砂箱上的力。

圖2-54題27圖

第三章流體動力學基礎(chǔ)

3-1二元不可壓縮流場中，匕=5Y,v=_i5x2y）試求點（1,2）上的速度和加速

度。

［答：u=30.41m/s,a=167.7m/s2］

3-2已知匕匕,=的丁，也=0,式中左是不為零的常數(shù)。試求：（1）

x+yyx+y

流線方程。（2）f=l時，通過點（1,0）流線的形狀。

［答：（d+y2）f=C,流線為f+y2=i,流線的形狀為一圓。］

3-3流體質(zhì)點速度沿x方向成線形規(guī)律變化，已知相距/=50cm兩點的速度為

=2m/s,vB=6m/so流動是恒定的，試求A、8兩點的質(zhì)點加速度。

22

［答：aA~16m/s,aB=48m/s］

2

3-4已知不可壓縮流體流動的兩個分速度為匕=2/+>,Vy=2y+z,且在z=0

處有匕=0。試求流速分量匕的表達式。

［答：匕=-4（x+y）z］

3-5大管直徑4=5m,小管直徑?=lm,已知大管中過流斷面上的速度分布為

v=6.25-r1m/s（式中r表示點所在半徑，單位為m）。試求管中流量及小管中

的平均速度。

?

［答：qv=61.36m/s,v=78.13m/s］

3-6如圖所示以斷面平均流速v=0.15m/s流入直徑。=20mm的排孔管中的液

體，全部經(jīng)8個直徑d=lmm的排孔流出，假定每孔流速依次降低2%,試求第1

孔和第8孔德流速。

［答：匕=8.04m/s,%=6.98m/s］

3-7試證明下列不可壓縮均質(zhì)流體運動中，哪些滿足連續(xù)性方程，哪些不滿足連

續(xù)性方程。（1）匕=-6，vy=kx,匕=0；（2）匕=依，vv=ky,匕=0；（3）匕=4光，

vv=0；（4）yt=4xy,vv=0。

［答：（1）、（2）滿足連續(xù)性方程，（3）、（4）不滿足連續(xù)性方程。］

2

3-8水平放置的水管，直徑由&=15cm收縮到《=7.5cm,已知pt=4gN/cm

P2=1.5gN/cm?（g為重力加速度），不計損失，試求管中流量。

［答：qv=0.101m7s］

3-9利用皮托管原理測量輸水管中的流量為。已知輸水管直徑d=200mm,水銀

差壓計讀數(shù)4=60mm,斷面平均流速v=0.84%”，其中%ax為皮托管前管軸上

未受擾動水流的速度。

［答：qv=0.102m7s］

3-10油從鉛直圓管向下流出。管直徑4=10cm,管口處的速度為h=L4m/s,

試求管口下方〃=1.5m處的速度和油柱直徑。

[答：v2=5.6m/s,d2=5cm]

3-11圖示為水塔，供水管道系統(tǒng)，4=901,為=0.7m。當閥門打開時，管道中

水的平均流速v=4m/s,總能量損失時=13m,試確定水塔的水面高度”。

[答：”=5.52m]

3-12已知鉛直輸水管道的直徑d=200mm,在相距/=20m的上下兩測壓計讀數(shù)

分別為196.2kPa和588.6kPa。試判斷流動方向，并計算水頭損失。

[答：從下往上流，4=20.01m]

3-1320c的水通過虹吸管從水箱吸至5點。虹吸管直徑&=60mm,出口6處噴

嘴直徑4=30mm。當九=2m、"=4m時，在不計水頭損失條件下，試求流量

和C點的壓強。

[答：%=0.00626m7s,pc=-22024.3Pa]

3-14圖示一自來水龍頭將水從水箱中放出，設(shè)水龍頭直徑d=12mm,圖示壓力

表當水龍頭關(guān)閉時讀數(shù)為p=0.28MPa,打開水龍頭后讀數(shù)為//=0.06MPa,求

自來水龍頭流出的流量，不計損失。

[答：?2.37x10-3m7s]

3-15圖示一自然排煙鍋爐，煙囪直徑。=lm,煙氣流量。=7.135n?/s,煙氣密

33

度p=0.7kg/m,外部空氣密度pa=1.2kg/m,煙囪的壓強損失

p“=O.O35巨為使煙囪底部入口斷面的真空度不少于10mm水柱，試求煙

a2

囪的高度”。

[答：”232.63m]

3-16已知Z=15cm,4,=7.5cm,a=2Am,水的流量%=0.02nr

2

pB-pA=11772N/mo（1）如果AB之間的水頭損失表示為<幺，試求4的值。

2g

（2）求水銀差壓計中的讀數(shù)人。

［答：？=3.4,〃=9.5cm］

3-17在離心水泵的實驗裝置上測得吸水管上的計示壓強P|=-0.4gxl（y*Pa,壓水

管上的計示壓強P2=2.8gxlO“Pa（g為重力加速度），4=30cm,d2=25cm,

3

a=1.5m,qv=0.1m/so試求水泵的輸出功率。

［答：P=32.96kW］

3-18如圖所示的水平設(shè)置的輸水彎管，轉(zhuǎn)角6=60,直徑由4=200mm變?yōu)?/p>

150mmo已知轉(zhuǎn)彎前斷面的壓強0=18kN/m2（相對壓強），輸水流量

Q=0.1m7s,不計水頭損失，試求水流對彎管作用力的大小。

［答：6=0.538kN,g=0.597kN］

3-19密度2=1000kg/m3的水從圖示水平放置的噴嘴噴出流入大氣。已知噴嘴尺

寸￡>=8cm,d=2cm,測得出口速度彩=15m/s,求螺栓組A所受的力。

［答：F=T97N］

3-20一股水平方向上的射流沖擊一斜置的光滑平板。已知射流來流速度為%,

流量為先,密度為P，平板傾角為6。不計重力及流動損失，求射流對平板的作

用力及分流流量的、%。

［答:勾=^（l-cosd）,q”S（l+cose）］

3-21邊長Z7=30cm的正方形鐵板閘門，上邊錢鏈連接于。，其重力為

W=117.7N,水射流直徑d=2cm的中心線通過閘板中心C,射流速度u=15m/s。

（1）為使閘門保持垂直位置，在其下邊應(yīng)加多大的力尸？（2）撤銷力尸后，閘

門傾斜角。是多少？忽略錢鏈摩擦。

［答：/=35.3N,6=3652'］

3-22直徑為d=4cm,速度為u=30m/s的水射流，在葉片一端流入，從另一端

流出，速度大小不變，但方向隨葉片而偏轉(zhuǎn)，試求下列兩種情況下射流對葉片作

用力。

(1)a=/3=3Q,(2)e=0,，=60。

_______P

［答：(1)F=F,=1958N,e=0,(2)F=+尸=1958N,==arctan」=-30］

v2

3-23旋轉(zhuǎn)式噴水器由三個均布在水平平面上的旋轉(zhuǎn)噴嘴組成，總供水量為外,

噴嘴出口截面積為A,懸臂長為R,噴嘴出口速度方向與懸臂的夾角為6。(1)

不計一些摩擦，試求懸臂的旋轉(zhuǎn)角速度。。(2)如果使已經(jīng)有。角速度的懸臂停

止，需要施加多大的外力矩M?

［答：(0=-^—sin0,M=PR"'sing］

3AR3A

3-24判斷流場匕=/+x-y2,匕,=_(2yy+y)是有旋流動還是無旋流動。

［答：無旋流動］

3-25設(shè)流場中的速度分布為匕=1,。=2,試判斷是否存在流函數(shù)-和速度勢0,

若存在則繪出它們的分布圖。

［答：w=y-2x,0=x+2y,為互相垂直的平行直線］

3-26已知平面勢流的速度勢函數(shù)e=4(x2-y2),試求速度和流函數(shù)。

［答：v=8，f+y2,與水平方向的夾角e=arctan(-X)；°=8xy］

3-27已知某二元不可壓縮流場速度分布匕=x?+4x-y2,=_2xy-4y,試

確定：(1)流動是否連續(xù)？(2)流場是否有旋？(3)速度為零的駐點位置。

(4)速度勢函數(shù)e和流函數(shù)

［答：流動連續(xù);流場無旋；駐點為(0,0)和2),2,

“=fy+4孫一；口

2

3-28已知(1)匕=0,v0=(,左是不為零的常數(shù)；(2)v,=0,v0=a)r,

r

0為常數(shù)。試求上述兩流場中半徑為4和4兩條流線間流量的表示式。

［答：(1)q=k\n^-,(2)g=，療片—2}

r22'/

3-29源流和匯流的強度q均為60m2/s,分別位于x軸上的(-a,。)、(a,0)點，

。為3m。計算通過(0,4m)點的流線的流函數(shù)值，并求該點的流速。

［答：(1)〃=-12.29；匕=2.29m/s,vy=0］

3-30將速度為％平行于x軸的均勻流和在原點。的點源疊加而成如圖所示

繞平面半柱體的流動，試求它的速度勢和流函數(shù)，并證明平面半柱體的外形

方程為r=-8)/240sin。，它的寬度等于q/%,。

3-31設(shè)在(1,0)點置有「=心的旋渦，在(-1,0)點置有「=-底的旋渦。試求

沿下列路線的速度環(huán)量。(I)x2+〉2=4；(2)(x—l)2+y2=i；(3)x=±2,y=±2

的一個方形框；(4)x=±0.5,y=±0.5的一個方形框。

3-32給定流場為匕=一丁\,匕,=勺〒，也=0,其中C為常數(shù)。作一

個圍繞Oz軸的任意封閉曲線，試用斯托克斯定理求此封閉曲線的速度環(huán)量，

并說明此環(huán)量值與所取封閉曲線的形狀無關(guān)。

3-33已知某流場的速度為，匕=0,匕=0,其中c為常數(shù)，

。求：(1)沿曲線f+y2=a2的速度環(huán)量「Q)通過上述封閉

曲線所包圍的圓面積的旋渦強度1。

［答：r=2/rca2,J=cTra1］

3-34有一流場，在r>a時，匕=---——」~~v,v.=0；在

A2/rx2+y2*2zrx2+y2

rWa時，vv=-coy,vv=cox,匕=0,求沿圖所示曲線(，《，4和乙(4和

乙的半徑相等)的速度環(huán)量。乙的半徑為七。

[答：，=/]=—r,=—^a2co>「6=0,幾=—

3-35設(shè)流體質(zhì)點運動的速度分量為匕=y+2z,vv=z+2x,vz=x+2y,試

求渦線方程。若渦管斷面cU=0.0001m2,求旋渦強度J。

第四章相似理論及量綱分析

1.為研究風對高層建筑物的影響，在風洞中進行模型實驗，當風速為v=9/〃/s

時測得迎風面壓強為42N/,后,背風面壓強為-20N/m2,試求溫度不變風

速增至U=12〃?/A■時，迎風面和背風面的壓強。

(74.67N,—35.56N)

2.一個潮汐模型，按弗勞得相似準則設(shè)計，尺度比例系數(shù)為4=2000,問原型

中的一天，相當于模型的時間是多少？

(32.2min)

3.為研究輸水管道上直徑600mm閥門的阻力特性，采用直徑300mm,幾何相

似的閥門用氣流做模型實驗。已知輸水管道的流量為0.283〃//s,試求模型

的氣流量。(。氣/。水=15.6)

(q,“=2.207〃尸/s)

4.有一內(nèi)徑d=20(bwm的圓管，輸送運動粘度系數(shù)為。=4x10-5機2/$的油，其

流量4=0.12根3/s。若用〃=50皿〃的圓管分別用20℃的水和20℃的空氣作

模型實驗，試求模型相似時管內(nèi)應(yīng)有的流量。

(7.553X10-4w3/5,1.139x10-2m3/s)

5.用尺度比例系數(shù)4=20的模型進行溢流壩的實驗，今在模型中測得通過流量

%=0.19疝/$時，壩頂水頭”,“=0.15加，壩趾收縮斷面出流速

匕.,，=3.35”3S,試求原型相應(yīng)的流量、壩頂水頭及收縮斷面處的流速。

(%,=339.88機3/$,%=3m，%=15//$)

6.汽車的高度//=2利,速度丫=108匕〃/〃，環(huán)境溫度為20℃。為求汽車阻力在風

洞中做模型實驗。設(shè)風洞中溫度為0℃。氣流速度小=60根/5,試求模型汽

車的高度心；若在風洞中測得模型汽車阻力居,=1500N,原型汽車阻力有多

大？

(hm=0.873/?,F=1830N)

7.光滑圓球以速度u=1.6m/s在水中運動，為求圓球受到的阻力F,在風洞中用

直徑放大到2倍的光滑圓球進行模型實驗。為保證兩者相似，風洞中的空氣

速度應(yīng)多大？若在風洞中測到的阻力為4=0.95N,則原型球的阻力有多

大？

(vm=12.5m/s,Fp=4.4N)

8.小球在不可壓縮粘性流體中運動阻力穌與小球的直徑d、等速運動的速度八

流體的密度「、動力粘度系數(shù)〃有關(guān)，試導出阻力的表達式。

(F0=/(Re)苧嘎

9.雷諾數(shù)是流速萬，物體特征尺度/,流體密度/7,以及流體動力粘度系數(shù)"這

四個物理量的綜合表達，試用兀定理推出雷諾數(shù)的表達形式。

(Re?

10.不可壓縮粘性流體在水平圓管中做定常流動時，已知流量g與直徑d、單位長

度的壓降及流體動力粘度系數(shù)"有關(guān)。試用71定理推出q與這些物理量

的關(guān)系。

z八Apd,、

(q=C----)

ii.圓型孔口出流的流速丫與作用水頭”，孔口直徑a,流體的密度「，動力粘

度系數(shù)〃和重力加速度g有關(guān)，試用71定理推導孔口出流速度的表達式。

(v=/g,Re,)V^)

rl

第五章液流形態(tài)及水力損失

5-1用直徑d=100mm的管道，輸送流量為10kg/s的水，如水溫5C,試確

定管內(nèi)水的流態(tài)。如用這管道輸送同樣質(zhì)量的石油，已知石油的密度為

p=850kg/m3,運動粘滯系數(shù)i/=1.14cm2/s,試確定石油的流態(tài)。

5-2有一矩形斷面小排水溝，水深h=15cm,底寬b=20cm,流速u=0.15m/s,

水溫為15℃,試判別其流態(tài)。

5-3溫度為t=20℃的水，以Q=4000cm3/s的流量通過直徑d=10cm的水管，

試判別其流態(tài)。如果保持管內(nèi)液體為層流運動，流量應(yīng)受怎樣的限制？

5-4有一均勻流管路，長l=100m,直徑d=0.2m,水流的水力坡度J=0.008,

求管壁處和r=0.05m處切應(yīng)力及水頭損失。

5-5輸油管管徑d=150mm,輸送油量Q=15.5t/h,求油管管軸上的流速Umax

和1km長的沿程水頭損失。已知丫汕=8.43kN/n?,丫油=0.2cm%。

5-6油以流量Q=7.7cm3/s,通過直徑d=6mm的細管，在/=2m長的管段兩端

接水銀差壓計，差壓計讀數(shù)h=18cm,水銀的容量丫耒=133.38kN/m3,油的容重丫

油=8.43kN/m3。求油的運動粘度。

5-7在管內(nèi)通過運動粘度v=0.013cm2/so的水，實測其流量Q=35cnP/s,長

15m管段上水頭損失hf=2cmH20,求該圓管的內(nèi)徑。

5-8液體薄層流(厚度為b)在斜面上向下呈均勻流動，試用取隔離體方法

證明：

流速分布〃-ybsM。

2〃

單寬流量Q=Z//sin。

3〃

題5-8圖

5-9半徑ro=150mm的輸水管在水溫t=15°C下進行實驗，所得數(shù)據(jù)為p水

=999kg/m3,p*=0.001139N-s/m2,v=3.0m/s,入=0.015。

(1)求管壁處、r=O.5ro處、r=0處的切應(yīng)力。

(2)如流速分布曲線在r=O.5ro處的速度梯度為4.341/s,求該點的粘性切應(yīng)

力與紊流附加切應(yīng)力。

(3)求r=O.5ro處的混合長度及無量綱常數(shù)K。如果令T=TO,K=?

5-10圓管直徑d=15cm,通過該管道的水的速度u=L5m/s,水溫t=18℃。若

已知入=0.03,試求粘性底層厚度如果水的流速提高至2.0m/s,&如何變化？

如水的流速不變，管徑增大到30cm,&又如何變化？

5-11鑄鐵輸水管內(nèi)徑d=300mm,通過流量Q=50L/s,水溫t=10℃,試用舍

維列夫公式求沿程阻力系數(shù)X及每公里長的沿程水頭損失。

5-12鑄鐵輸水管長l=1000m,內(nèi)徑d=300mm,通過流量Q=100L/s,試按公

式計算水溫為10℃、15℃兩種情況下的九及水頭損失hf。又如水管水平放置，水

管始末端壓強降落為多少？

5-13城市給水干管某處的水壓p=196.2kPa,從此處引出一根水平輸水管，直

徑d=250mm,當量粗糙高度△=0.4mm。如果保證通過流量為Q=50L/s,問能送

到多遠？（水溫t=25C）

5-14一輸水管長/=1000m,內(nèi)徑d=300mm,管壁當量粗糙高度△=1.2mm,

運動粘度v=0.013lcm2/s,試求當水頭損失ht=7.05m時所通過的流量。

5-15圓管直徑d=10cm,粗糙度△=2mm,若測得2m長的管段中的水頭損失

為0.3m,水溫為10℃o問此時是水力光滑管還是水力粗糙管流動？如管內(nèi)流動

屬水力光滑區(qū)，問水頭損失可減至多少？

5-16混凝土排水管的水力半徑R=0.5m。水均勻流動1km的水頭損失為In,

粗糙系數(shù)n=0.014,試計算管中流速。

5-17用泵水平輸送溫度t=20℃及流量Q=90L/s的水，經(jīng)直徑d=250mm,

/=1000m的新焊接鋼管至用水點，試求水頭損失。

5-18容重尸8435N/n?的石油，在水泵壓力p=1930kPa下通過直徑d=250mm

的水平輸油管，輸送距離/=20km,如運動粘度v=0.30cm2/s,試求石油的流量。

5-19有一水管，管長/=500m,管徑d=300m,粗糙高度△=0.2mm,若通過

流量Q=600L/s,水溫20℃,試：

（1）判別流態(tài)；

（2）計算沿程損失；

（3）求斷面流速分布。

5-20流速由3變?yōu)閁2的突然擴大管，如分為二次擴大，中間流取何值時

局部水頭損失小，此時水頭損失為多少？并與一次擴大時的水頭損失比較。

5-21水從封閉容器A沿直徑d=25mm、長度/=10m的管道流入容器B。若

容器A水面的相對壓強為2個工程大氣壓，Hi=lm,H2=5m,局部阻力系數(shù)（進

=0.5,，閥=4.0,，畛=0.3,沿程最系數(shù)入=0.025,求流量Q。

v力

題5-20圖

題5-21圖

5-22自水池中引出一根具有三段不同直徑的水管如圖所示。已知d=50mm,

D=200mm,1=100m,H=12m,局部阻力系數(shù)，m=0.5,，做=5.0,，沿程阻力系數(shù)入=0.03,

求管中通過的流量并繪出總水頭線與測壓管水頭線。

5-23圖中/=75cm,d=2.5cm,v=3.0m/s,入=0.020,，進=0.5,計算水銀差壓計

的水銀面高差hp,并表示出水銀面高差方向。

題5-22圖

題5-23圖

5-24如圖所示為一突然擴大的管道，其管徑由di=50mm突然擴大到

d2=100mm,管中通過流量Q=16m3/h的水。在截面改變處插入一差壓計，其中充

以四氯化碳(p2=1600kg/m3),讀得的液面高度差h=173mm。試求管徑突然擴大的

損失系數(shù)，并把測得的結(jié)果與按理論計算的結(jié)果相比較。

5-25計算圖中逐漸擴大管的局部阻力系數(shù)。已知di=7.5cm,pi=0.7工程大

氣壓，d2=15cm,p2=1.4工程大氣壓，/=150cm,流過的水量Q=56.6L/s。

題5-25圖

5-26測定一蝶閥的局部阻力系數(shù)裝置如圖所示，在蝶閥的上、下游裝設(shè)三

個測壓管，其間距/i=lm,b=2m。若圓管直徑d=50mm,實測▽i=150cm,

V2=125cm,V3=40cm,流速u=3m/s,試求蝶閥的局部阻力系數(shù)，值。

題5-26圖

5-27一圓形橋墩立于水中，橋墩直徑為0.4m,水深2m,平均流速2m/s。

試求橋墩受到的水流作用力。（水溫為20C）

5-28一個直徑d=lcm,比重為1.82的小球在靜水中下沉，達到等速沉降時

速度uo=463m/s,求：

（1）等速沉降時小球所受到的繞流阻力D；

（2）繞流阻力系數(shù)CD及雷諾數(shù)Re。（水溫為20C）

第六章孔口、管嘴及有壓管道流動

6-1若管嘴出口面積和孔口面積相等，且作用水頭H也相等，為什么管嘴出

流量要比孔口出流量大？并寫出管嘴收縮斷面處真空高度的表達式。

6-2液流從貯藏箱的垂直側(cè)壁上的小孔口中水平射出，從收縮斷面處量起，

水平射程為x,孔口中心離地高為y。試用x和y來表示出流流速。若貯液箱內(nèi)

液面比孔口中心高出“，求流速系數(shù)的表達式。

習題6-2

6-3在混凝土壩中設(shè)置一泄水管，如圖所示，管長/=4m,管軸處的水頭

H=6m,現(xiàn)需通過流量外=100?%,若流量系數(shù)〃=0.82,試決定所需管徑d,

并求管道水流收縮斷面處的真空值。

習題6-3

6-4如題圖所示的水箱用隔板分成左右兩個水箱，隔板上開一直徑

4=40mm的薄壁小孔口，水箱底接一直徑d2=30mm的外管嘴,管嘴長/=0.1m,

W,=3mo試求在恒定出流時水深區(qū)和水箱出流流量如?、%2。

習題6-4

6-5水從A水箱通過直徑為10cm的孔口流入5水箱，流量系數(shù)為0.62。設(shè)

上游水箱的水面高程d=3m保持不變。若水箱A、B頂部均與大氣相通，求（1）

B水箱中無水時，通過孔口的流量為多少？（2）8水箱水面高程區(qū)=2m時，

通過孔口的流量為多少？（3）若A箱水面壓力改為p0A=2000Pa,H[=3m,B

水箱水面壓力POB=O，/=2m,求通過孔口的流量。

習題6-5

6-6如圖所示虹吸管，上、下游水池的水位差”為2.5m,管長心段為15m,

公段為25m,管徑d=200mm,沿程阻力每當九=0.025,入口水頭損失系數(shù)

J=L0,各轉(zhuǎn)彎的水頭損失系數(shù)均為0.2,管頂允許真空高度%=7m。試求通過

流量及最大允許安裝高度用。

習題6-6

6-7虹吸濾池的進水虹吸管如圖所示。管長4=2.Om、4=3.Om,管徑

d=Q.3m,沿程阻力系數(shù)入=0.025,進口局部損失系數(shù)。=0.6,彎頭局部損失系

數(shù)J=L4，出口局部損失系數(shù)（3=L。。若通過流量外=0.2m3/s,求水位差H。

習題6-7（將z改為H））

6-8一河下圓形斷面混凝土倒虹吸管，已知：粗糙系數(shù)〃=0.014,上下游水

位差〃=L5m,流量分=O.5m3/s,/,=20m,l2=30m,/3=20m,進口局部阻

力系數(shù)C=0.4,折角。=30,試求管徑d。

習題6-8

6-9如圖所示水泵將水從進水池抽至水塔，已知水泵的功率N=25kW,流

量外=0.06m3/s,水泵效率〃=75%,吸水管長度/]=8m,壓水管長度，2=50m,

吸水管直徑4=250mm,壓水管直徑出=200mm,沿程阻力系數(shù)入=0.025,帶

底閥濾水網(wǎng)的局部阻力系數(shù)。=4.4,彎頭阻力系數(shù)J=Q2,閥門，3=0-5,逆止

閥1=5.5,水泵的允許真空度&=6m,試求：