流体力学习题解析

流体力学习题解析

《流体力学》习题（五）

5－1水流经变截面管道，已知细管直径d1，粗管直径d2＝2d1，试问哪个截面的雷诺数大?两截面雷诺数的比值Re1/Re2是多少？

5－2水管直径d＝10cm，管中流速u＝1.0m/s，水温为10℃，试判别流态。又流速u等于多少时，流态将发生变化？

5－3通风管道直径为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？

5－4有一矩形截面的小排水沟，水深15cm，底宽20cm，流速0.15m/s，水温10℃，试判别流态。

5－5散热器由8×12mm2的矩形截面水管组成，水的运动粘性系数为0.0048cm2/s，要确保每根水管中的流态为紊流(取Re≥4000)以利散热，试问水管中的流量应为多少？

5－6输油管的直径d＝150mm，流量Q＝16.3m3/h，油的运动粘性系数ν＝0.2cm2/s，试求每公里管长的沿程压头损失。

5－7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，水银压差计读数h ＝30cm，油的重度γ＝8.83kN/m3，试求油的运动粘性系数ν和动力粘性系数μ。

5－8为了确定圆管内径，在管内通过ν为0.013cm2/s的水，实

测流量为35cm3/s，长15m管段上的压头损失为2cm水柱，试求此圆管的内径。

5－9要求用毕托管一次测出半径为r0的圆管层流的截面平均流速，试求毕托管测口应放置的位置。

题5－7图题5－9图题5－10图5－10油管直径为75mm，已知油的重度为8.83kN/m3，运动粘性系数为0.9cm2/s，在管轴位置安放连接水银压差计的毕托管，水银面高差h＝20mm，水银重度为133.38kN/m3，试求油的流量。

5－11铁皮风管直径d＝400mm，风量Q＝1.2m3/s，空气温度为20℃，试求沿程阻力系数，并指出所在阻力区。

5－12管道直径d＝50mm，绝对粗糙度Δ＝0.25mm，水温为20℃，试问在多大流量范围内属于水力粗糙区流动？

5－13钢板制风道，截面尺寸为300×500mm2，长度为30m，风量为2.1m3/s，温度为20℃，试分别按阿尔特索里公式和莫迪图计算压力损失。

5－14自来水铸铁管管长600m，直径300mm，通过流量60m3/h，试用莫迪图计算沿程压头损失。

5－15矩形风道的截面尺寸为1200×600mm2，空气流量为42000m3/h，空气重度为10.89N/m3，测得相距12m的两截面间

的压力差为31.6N/m2，试求风道的沿程阻力系数。

5－16铸铁输水管长l＝1000m，直径d＝300mm，管材的绝对粗糙度Δ＝1.2mm，水温10℃，通过流量Q＝100L/s，试求沿程压头损失。

5－17圆管和正方形管道的截面面积、长度、相对粗糙度都相等，且通过的流量相等，试求两种形状管道沿程损失之比：(1)管流为层流；(2)管流为完全粗糙区。

5－18圆管和正方形管道的截面面积、长度、沿程阻力系数都相等，且管道两端的压力差相等，试求两种形状管道的流量之比。5－19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，水银压差计读数Δh＝150mmHg，沿程损失不计，试求阀门的局部阻力系数。

题5－19图题5－20图5－20测定阀门的局部阻力系数，为消除管道沿程阻力的影响，在阀门的上、下游共装设四根测压管，其间距分别为1l和2l，管道直径d＝50mm，测得测压管水面标高▽1＝165cm，▽2＝160cm，▽3＝100cm，▽4＝

92cm，管中流速u＝1.2m/s，试求阀门的局部阻力系数。

5－21水箱中的水通过等直径的垂直管道向大气流出。如水箱的水深为H，管道的直径为d，管道的长度为l，沿程阻力系数λ，局部阻力系数K，试问在什么条件下，流量随管长的增加而减小？在什么条件下，流量随管长的增加而增大？

题5－21图题5－22图

5－22用突然扩大管道使平均流速由u1减小到u2，若直径d 1=350mm，流速u1=3.0m/s，试求使测压管液面差h成为最大值的u2及d2，并求最大的h值。

5－23流速由u1变为u2的突然扩大管，如分为两次扩大，中间流速u取何值时，局部压头损失最小，此时压头损失为多少?并与一次扩大相比较。

题5－23图题5－24图5－24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，沿程阻力系数λ＝0.02，试求流量及管壁切应力τ0。

5－25水管直径为50mm，1、2两截面相距15m，高差3m，通过流量Q＝6L/s，水银压差计读数为250mm，试求管道的沿程阻力系数。

题5－25图题5－26图

5－26两水池水位恒定(如图)，已知管道直径d＝10cm，管长l ＝20m，沿程阻力系数λ＝0.042，局部阻力系数K弯＝0.8，K 阀＝0.26，通过流量Q＝65L/s，试求水池水面高差H。

5－27气体经突然扩大管道流过，已知管内气体密度ρ＝0.8kg/m3，外部空气密度ρa＝1.2kg/m3，直径d1＝50mm，d2＝100mm，流速u1＝20m/s，1截面压力计读数h1＝100mmH2O，H＝10m，沿程阻力不计，试求突扩管的局部压力损失及2截面压力计读数h2。

题5－27图题5－28图

5－28如图所示的装置，箱内液体的比重为1.2，压差计内液体的比重为3，问：(1)如流线型管嘴出流无压头损失，R和H是什么关系？(2)如流线型管嘴出流的压头损失为0.1H，R和H是什么关系？

5－29用孔板流量计量测管道中的空气流量，管道直径D＝200mm，孔口直径d＝100mm，空气温度为25℃，微压计读数Δh ＝120mmH2O，孔板的流量系数μ＝0.64，求流量。