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水力学
第4章流动形态及水头损失
一、判断题
1、紊流光滑区的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关,而与相对粗糙度无关。
y
3、紊流中存在各种大小不同的涡体。
y
4、紊流运动要素随时间不断地变化,所以紊流不能按恒定流来处理。
x
5、谢才公式既适用于有压流,也适用于无压流。
y
6、
只能代表X方向的紊流时均附加切应力。
x
7、临界雷诺数随管径增大而增大。
x
8、在紊流粗糙区中,对同一材料的管道,管径越小,则沿程水头损失系数越大。
y
9、圆管中运动液流的下临界雷诺数与液体的种类及管径有关。
x
10、管道突然扩大的局部水头损失系数的公式是在没有任何假设的情况下导出的x
11、液体的粘性是引起液流水头损失的根源。
y
11、不论是均匀层流或均匀紊流,其过水断面上的切应力都是按线性规律分布的。
x
12、公式
即适用于管流,也适用于明渠水流。
x
13、在逐渐收缩的管道中,雷诺数沿程减小。
x
14、管壁光滑的管子一定是水力光滑管。
x
15、在恒定紊流中时均流速不随时间变化。
y
16、恒定均匀流中,沿程水头损失hf总是与流速的平方成正比。
x
17、粘性底层的厚度沿流程增大。
x
18、阻力平方区的沿程水头损失系数
与断面平均流速v的平方成正比。
x
19、当管径和流量一定时,粘度越小,越容易从层流转变为紊流。
y
20、紊流的脉动流速必为正值。
x
23、当管流过水断面流速符合对数规律分布时,管中水流为层流。
x
24、沿程水头损失系数总是随流速的增大而增大。
x
25、边界层内的流动也有层流与紊流之分。
y
26、当雷诺数Re很大时,在紊流核心区中,切应力中的粘滞切应力可以忽略。
y
二、选择题
1、(3)2、13、24、15、46、37、38、29、110、211、312、113、214、315、316、117、218、419、(3)20、(3)21、422、(3)23、(3)24、225、226、127、428、4294
1、其它条件不变,层流内摩擦力随压力的增大而()
⑴增大;⑵减小;⑶不变;⑷不定。
2、按普朗特动量传递理论,紊流的断面流速分布规律符合
1对数分布;2椭圆分布3抛物线分布4直线分布。
3、其它条件不变,层流切应力随液体温度的升高而
1增大;2减小;3不变;4不定。
4、其它条件不变,液体雷诺数随温度的增大而
1增大;2减小;3不变;4不定。
5、谢才系数C与沿程水头损失系数的关系为
1C与成正比;2C与1成正比3C与2成正比;4C与
成正比。
6、A、B两根圆形输水管,管径相同,雷诺数相同,A管为热水,B管为冷水,则两管流量
1qvA>qvB;2qvA=qvB;3qvA 7、圆管紊流附加切应力的最大值出现在 1管壁;2管中心3管中心与管壁之间;4无最大值。 8、粘滞底层厚度随Re的增大而 1增大;2减小;3不变;4不定。 9、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 的相互关系如下,如果沿程阻力系数也相等,则三管道通过的流量的相互关系如下: 1 圆 方 矩, 圆 方 矩; 2 圆< 方< 矩, 圆< 方< 矩; 3 圆 方 矩, 圆< 方< 矩; 4 圆< 方< 矩, 圆 方 矩。 10、圆管均匀层流与圆管均匀紊流的 1断面流速分布规律相同;2断面上切应力分布规律相同; 3断面上压强平均值相同;4水力坡度相同。 11、紊流内部结构分区的判别参数是 1管壁绝对粗糙度;2管壁相对粗糙度; 3粘滞底层厚度与管壁绝对粗糙度之比;4雷诺数。 12、图示两管道的管长L、管径d、流量qv及水温均相同,但测压管水面差h1>h2,则两管糙率n1与n2的关系为 1n1>n2;2n1 13、谢才系数C的量纲是: 1 ;2 ;3 ;41无量纲量。 14、如图A、B二种截面管道,已知二管长度相同,通过流量相同,沿程水头损失系数相同,则二管道的沿程水头损失 1hfAhfB;2hfAhfB;3hfAhfB;4尚不能确定大小。 15、边界层的外边界线可看成是 1一条流线;2一条迹线;3有旋流动与有势流动的分界线;4层流与紊流的分界线。 16.水在垂直管内由上向下流动,相距L的两断面间测压管水头差为h,则两断面间沿程水头损失hf为 1.hf=h√;2.hf=h+L;3.hf=L-h。 17.圆管流动过流断面上的切应力分布为: 1.在过流断面上是常数;2.管轴处是零,且与半径成正比; 3.管壁处为零,向管轴线性增大;4.抛物线分布。 18.在圆管紊流中,过水断面流速分布符合 1.均匀规律;2.直线变化规律;3抛物线规律;4.对数曲线规律。 19.在圆管层流中,过水断面流速分布符合 1.均匀规律;2.直线变化规律;3.抛物线规律;4.对数曲线规律。 20.半圆形明渠,半径r0=4m,水力半径为 1.4m; 2.3m; 3.2m;4.1m。 21.变直径管流,细断面直径为d1,粗断面直径为d2=2d1,粗、细断面雷诺数的关系是 1.Re1=0.5Re2;2.Re1=Re2;3.Re1==1.5Re2;;4.Re1=2Re2。 22.圆管层流,实测管轴线上的流速为4m/s。 则断面平均流速为 1.4m/s;2.3.2m/s;3.2m/s;4.2.5m/s。 23.圆管紊流过渡区的沿程摩阻系数λ 1.与雷诺数Re有关;2.与管壁相对粗糙度Δ/d有关; 3.与Re和Δ/d有关;4.与Re和管长l有关。 24.圆管紊流粗糙区的沿程摩阻系数λ 1.与雷诺数Re有关;2.与管壁相对粗糙度Δ/d有关; 3.与Re和Δ/d有关;4.与Re和管长l有关。 25.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而 1.增加;2.减小;3.不变;4.前三种情况都有可能。 26.理想液体在流动过程中,流层之间的切应力为 1.零;2.粘性切应力τ1;3.惯性切应力τ2;4.τ1+τ2。 27.实际液体在紊流状态,其流层间的切应力为 1.零;2.粘性切应力τ1;3.惯性切应力τ2;4.τ1+τ2。 28.在紊流状态下,流场固定空间点的瞬时流速为 1.时间平均流速u;2.脉动流速u';3.断面平均流速v ;4.u+u'。 29.所谓的工业管道当量粗糙高度是指: 1.和工业管道粗糙高度相同的尼古拉兹粗糙高度;2.和尼古拉兹粗糙高度相同的工业管道粗糙高度;3.和工业管道λ值相同的尼古拉兹粗糙高度;4.和工业管道粗糙区λ值相等的同直径的尼古拉兹管的粗糙高度; 三、填空题 1、紊流附加切应力 等号右端的负号是由于 的符号相反的机率很大,而 取正值__。 2、圆管沿程水头损失系数的影响因素分别是: 层流: =fRe;紊流光滑区: =fRe;紊流过渡区: =fRe, ;紊流粗糙区: =f 3、水流临界雷诺数可以作为判别流动形态的准则数。 圆管流的临界雷诺数Re=___Rec= ;___,明槽流的临界雷诺数Re=___Rec= ____。 4、在紊流光滑区,沿程水头损失系数与相对粗糙度无关的原因是_粘滞底层厚度比绝对粗糙度大得多,粘滞底层把壁面粗糙完全掩盖,以致壁面粗糙对水流运动不起影响作用。 __.。 5、紊流形态可分为三个流区,其判别标准是: 光滑区( );过渡区( );粗糙区( ) 四、计算题 1、有一圆管,在管内通过ν=0.013cm/s的水,测得通过的流量为40cm3/s,在管长25m的管段上测得水头损失为2cm,试求该圆管内径d。 5、比重0.85,ν=0.125cm2/s的油在粗糙度⊿=0.04mm的无缝钢管中流动,管径d=30cm,流量Q=0.1cm3/s,试判断流动状态并求: (1)沿程阻力系数λ (2)粘性底层厚度δ(3)管壁上的切应力 第5章孔口、管嘴出流和有压管流第8章堰流 一、判断题 1、当H=2m,δ=0.6m,如图所示的的建筑物为实用堰。 (Y) 2、当水头及其它条件相同时,薄壁堰的流量大于实用堰的流量。 (X) 3、只要下游水位超过宽顶堰堰顶,一定是淹没出流。 (X) 4、两个WES型实用堰,堰高大于三倍水头,它们的设计水头不等,即 ,但泄水时 , ,则它们的流量系数m1=m2。 (Y) 5、无侧收缩与收缩的实用堰,当水头、堰型及其它条件相同时,后者通过的流量比前者大。 (X) 二、选择题 1、锐缘平面闸门的垂向收综系数 随相对开度 的增大而() (1)增大 (2)减小(3)不变(4)不定 2、当实用堰水头H大于设计水头Hd时,其流量系数m与设计流量系数md的关系是() (1)m=md (2)m>md(3)m 3、平底渠道中弧形闸门的闸孔出流,其闸下收缩断面水深hc0小于下游水跃的跃前水深h1,则下游水跃的型式为() (1)远离式水跃 (2)临界式水跃(3)淹没式水跃(4)无法判断 4、有两个WES型实用堰(高堰),它们的设计水头分别为H1=Hd1,H2=Hd2,则它们的流量系数m1与m2之间的关系为() (1)m1>m2 (2)m1 5、WES型实用堰(高堰),当水头等于设计水头Hd时,其流量系数m等于() (1)0.385 (2)0.49(3)0.502(4)0.65 6、闸孔自由出流的流量公式为(3) (1) (2) (3) (4) 7.在正常工作条件下,作用水头H、直径d相等时,小孔口的流量Q和圆柱形外管嘴的流量Qn的关系为 (1).Q>Qn; (2).Q<Qn;(3).Q=Qn(4)不定 8.圆柱形外管嘴的正常出流条件是 (1).L=(3-4)d,H0>9m; (2).L=(3-4)d,H0<9m; (3).L>(3-4)d,H0>9m ;(4).L<(3-4)d,H0<9m。 三、填空题 1、宽顶堰的总水头H0=2m,下游水位超过堰高度ha=1.0m,此种堰流为__自由_出流。 2、图示4种管嘴出流中,出口流速最大的是_4_,流量系数最大的是__3_。 3、影响宽顶堰流量系数m值的主要因素为___堰顶的进口形式和上游堰高与堰前水头的比值。 4、当堰的溢流宽度与渠道宽度相等时,称为__无侧收缩的堰流,当堰的溢流宽度小于上游渠道宽度时,称为__有侧收缩___的堰流。 5、对于宽顶堰式闸孔出流,当下游水深t ___________水跃;当t=hc02时,发生_________________水跃。 6、闸孔出流和堰流的水流特征的不同点是闸孔出流受闸门影响,水面在闸门处不连续;堰流不受闸门影响,水面连续。 四、计算题 1.水箱用隔板分A、B两室如图所示,隔板上开一孔口,其直径 ;在B室底部装有圆柱形外管嘴,其直径 ,已知 ,水流恒定出流,试求: (1) ; (2)流出水箱的流量 。 1.解: (1)从A到B的流动为孔口淹没出流,从B的出流为管嘴出流,二者流量相等,则有: (2)水箱得出流量: 2.沉淀池长 ,宽 ,孔口形心处水深 ,孔口直径 (见图示),试问放空(水面降至孔口顶)所需时间。 提示: 可按小孔口出流计算。 解: 由题可知水面降至孔口处时所需时间为以起始水头作用下流出同体积水所需时间的2倍,则有: 3.在矩形断面灌溉渠道上,有一座无侧收缩薄壁堰,堰宽等于渠底宽b=3m,堰高p1=p2=0.8m,堰下游渠道内水深ht=0.65m,过堰流量Q=3m3/s,求堰上水头H。 解: 一、判断题 1、并联管道中各支管的单位机械能损失相同,因而各支管水流的总机械能也应相等。 (x) 2、图示虹吸管中B点的压强小于大气压强。 (y) 3、恒定管流的总水头线沿流程下降,而测压管水头线沿流程可升可降。 (y) 4、在等直径圆管中一定发生均匀有压流动。 (x) 5、各并联支管的水头损失相同,所以其水力坡度也相同。 (x) 6、图示两个容器由两根直管相连,两管的管径、管长及糙率均相同,所以通过的流量相等。 (y) 7、设计管道时,若选用的糙率大于实际的糙率,则求得的管道直径偏小,不能通过要求的设计流量。 (x) 二、选择题 1、图示A、B两点间有两根并联管道1和2。 设管1的沿程水头损失为hf1,管2的沿程水头损失为hf2。 则hf1与hf2的关系为() Ahf1>hf2;Bhf1<hf2;Chf1=hf2;D无法确定。 2、图示为坝身下部的三根泄水管a、b、c,其管径、管长、上下游水位差均相同,则流量最小的是()。 Aa管;Bb管;Cc管;D无法确定。 3.图示两根完全相同的长管道.只是安装高度不同,两管的流量关为() A.Q1<Q2;B.Q1>Q2;C.Q1=Q2;D.不定。 4.并联长管1、2两管的直径相同,沿程 阻力系数相同,长度L2=3L1,通过的流量为() A.Q1=Q2;B.Q1=1.5Q2; C.Q1=1.73Q2;D.Q1=3Q2 5.A、B两节点连接并联管段1、2、3,则A、B两节点间的水头损失为() A.hfAB=hf1+hf2+hf3; B.hfAB=hf1+hf2; C.hfAB=hf2+hf3; D.hfAB=hf1=hf2=hf3。 6.长管并联管道各并联管段的() A.水头损失相等;B..水力坡度相等;C.总能量损失相等;D.通过流量相等。 7.并联管道(如图),阀门全开时各管段流量为Q1、Q2、Q3, 现关小阀门K,其他条件不变,流量变化为() A.Q1、Q2、Q3都减小;B.Q1、Q3减小Q2不变; C..Q1、Q3减小,Q2增大;D.Q1不变,Q2增大,Q3减小。 8.长管作用水头H保持不变,出口由自由出流改为淹没出流后,管路流量() A.减小;B.不变;C.增大;D.不一定。 9.长管的水力计算常采用比阻公式H=ALQ²;与比阻A有关的参数包括(b) A.管径d、管长L、管道摩阻系数λ;B.管径d、管道的摩阻系数λ;C.管长L和管道摩阻系数λ;D.管径d、管长L和管道流量Q。 一、判断题 1、(×)2、(√)3、(√)4、(×)5、(×)6、(√)7、(×) 三、填空题 1、在管道断面突然扩大处,测压管水头线沿程上升;在管道断面突然缩小处,测压管水头线沿程下降。 2、图示为一串联管段恒定流。 各管段流量qv1、qv2、qv3的关系为qv1=qv2=qv3。 。 各管段流速v1、v2、v3的关系为v1<v2<v3 3、对于有压管流出口为自由出流时,测压管水头线终点在出口断面中心,出口为淹没出流时,若下游水池中流速v2=0,测压管水头线终点在下游水面;,若v2≠0,测压管水头线应_低于___下游水面。 四、绘图计算题 1、定性绘出图示等直径短管道的总水头线和测压管水头线,并标明符号及负压区。 2、定性绘出图示短管道的总水头线和测压管水头线,并标明符号。 3、有一虹吸管输水管道如图,虹吸管的长度、管径、粗糙系数分别为: l1=13m,l2=20m,l3=15m,d=1.0m,n=0.014,进出口的局部损失系数分别为0.5和1.0,折管处的局部损失系数为0.183。 (1)当上下游水面差为z=1.0m时,虹吸管的输水流量为多少? (2)当虹吸管中的最大允许真空值为hv=7m时,虹吸管的最大安装高度为多少? 解: (1)由伯努力方程,取下游水面为基准面,列上、下游能量方程有: (2)取上游断面和最大真空断面列能量方程有: 4、图示直径400mm的钢管(n=0.012)将水池A的水引到水池B作恒定流动。 已知管长l=40m,qv=200l/s,管道上有90。 弯头(ξ=0.6)两个,阀门(全开ξ=0.12)一个,进口(ξ=0.5),出口(ξ=1.0)。 求水池A与水池B的水面高差H。 解 5、有一并联管道,由三支旧钢管组成,各管段的长度、管径分别为: l1=1000m,l2=600m,l3=1500m,d1=d2=147mm,d3=198mm,三支管道的总流量为Q=0.1m3/s。 试求三支管道的流量及水头损失。 解: 6、如题图所示,水塔向B、C、D三点供水,已知流量QB=15l/s,QC=QD=10l/s,管径dAB=199mm,dBC=149mm,dCD=99mm,管长lAB=400m,lBC=300m,lCD=250m。 水塔地面高程zM=20m,供水点D处地面高程zD=15m,要求供水点D处具有h=15m的自由水头,试确定水塔高度H。 解: 按铸铁管计算: 查表6-1得 (29.09m) 第6、7章明渠流动(均匀、非均匀) 一、判断选择题 1、缓变流一定是缓流,急变流一定是急流。 (x) 2、棱柱形明渠中形成S2型水面曲线时,其弗劳德数Fr沿程减小。 () 3、S2型水面曲线是发生在() (1)缓坡渠道中的缓流 (2)陡坡渠道中的缓流 (3)缓坡渠道中的急流(4)陡坡渠道中的急流 4、在明渠渐变流中() (1)总水头线一定平行于底坡线 (2)总水头线与自由水面相重合 (3)测压管水头线与自由水面一致(4)水面线与底坡线平行 5、发生水跃的充分必要条件是() (1)从层流过渡到紊流 (2)从陡坡过渡到缓坡(3)从缓流过渡到急流(4)从急流过渡到缓流 6、已知某水闸下游收缩断面水深hc0=0.6m(相应的跃后水深hc0=3.5m),临界水深hc=1.6m,下游河道水深t=1.4m,则闸下将发生() (1)远离水跃 (2)临界水跃(3)淹没水跃(4)急流 7、明渠中发生M3、S3、H3、A3型水面曲线时,其弗劳德数Fr() (1)小于1 (2)等于1(3)大于1(4)无法确定 8、有两条梯形断面渠道1和2,已知其流量、边坡系数、糙率和底宽均相同,但底坡i1>i2,则其均匀流水深h01和h02的关系为() (1)h01>h02 (2)h01 9、有两条梯形断面渠道1和2,已知其流量、边坡系数、底坡和糙率均相同,但底宽b1>b2,则其均匀流水深h01和h02的关系为() (1)h01大于h02 (2)h01小于h02(3)相等(4)无法确定 10、有两条梯形断面渠道1和2,其流量、边坡系数、底宽及底坡均相同,但糙率n1>n2,则其均匀流水深h01和h02的关系为() (1)h01大于h02 (2)h01小于h02(3)相等(4)无法确定 11、有四条矩形断面棱柱形渠道,其过水断面面积、糙率、底坡均相同,其底宽b与均匀流水深h。 有以下几种情况,则通过流量最大的渠道是() (1)b1=4m,h01=1m (2)b2=2m,h02=2m (3)b3=2.83m,h03=1.414m(4)b4=2.67m,h04=1.5m 12、矩形明渠水流中,断面单位能量Es与势能h之比值Es/h=1.8时,水流的弗劳德数Fr为() (1)Fr>1.0 (2)Fr<1.0(3)Fr=1.0(4)不定 二、填空题 二、填空题 13、缓坡;缓流;水深沿流减小的降水曲线,上游以N-N线为渐近线,下游与C-C线垂直。 14、>;=。 15、缓;急;。 16、急;缓;。 17、S2;M218、0 19、急;缓 20、h01 21、不均匀程度;缓急程度。 22、 23、惯性;重;惯性;>1.0;重力;<1.0 1、M2型水面曲线发生在____坡上,其水流属于_____流。 曲线的特征是___________________________________________________________。 2、两条棱柱形明渠的断面形状、尺寸、底坡和通过的流量均相同,但糙率不同(n1>n2)。 它们的正常水深h01》_h02;临界水深hc1=_hc2。 3、水跌是水流从____流过渡到____流的局部水力现象。 当流量一定时,跌坎处的水深等于临界水深。 4、水跃是水流从_____流过渡到_____流的局部水力现象;当流量一定,跃前水深增大时,跃后水深的变化是_减小__。 5、在明渠水流中,发生____型水面曲线时,断面单位能量Es沿程增大;发生____型水面曲线时,Es沿程减小。 (各举一例) 6、若明渠均匀流水深h0=3m,相应流量的临界水深hc=1.5m,则弗劳德数Fr的范围为_________________。 若流量不变,糙率n增大,则Fr______。 7、在进行明渠渐变流水面曲线计算时,对于____流,控制断面应选在上游;对于____流,控制断面应选在下游。 8、图示为一棱柱形明渠,两段渠道的断面形状、尺寸及底坡均相同,但糙率不同(n1 则其正常水深h01和h02的比较是__________,临界水深hc1和hc2的比较是____________,临界底坡ic1和ic2的比较是____
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