液流形态及水头损失
第四章液流形态及水头损失
4-1 圆管直径d=15mm，其中流速为15cm/s，水温为12℃，试判别水流是层流还是紊流？
4-2 有一管道，管段长度L=10m，直径d=8cm，在管段两端接一水银压差计，如图所示。
当水流通过管道时，测得压差计中水银面高差△h=10.5cm。求水流作用于管壁的切应力τ0。
4-3 有一圆管,其直径为10cm，通过圆管的水流速度为2m/s，水的温度为20℃，若已知λ为0.03，试求黏性底层的厚度。
4-4 有一矩形断面渠道，宽度b=2m，渠中均匀流水深h0=1.5m。测得100m渠段长度的沿程水头损失h f=25cm，求水流作用于渠道壁面的平均切应力τ0。
4-5 有一直径为25cm的圆管，对壁粘贴有△为0.5mm的砂粒，如水温为10℃，问流动要保持为粗糙区最小流量需要多少？并求出此时管壁上切应力τ0为多大？
4-6 试求前题圆管中，通过的流量为5000cm3/s，20000cm3/s，200000cm3/s时，液流形态各为层流还是紊流？若为紊流应属于光滑区、过渡区还是粗糙区？其沿程阻力系数各为多少？若管段长度为100m，问沿程水头损失各为多少？
4-7 为了测定AB管段的沿程阻力系数λ值，可采用如图所示的装置。已知AB段的管长l
为10m，管径d为50mm。今测得实验数据：（1）A、B两测压管的水头差为0.80m，（2）经90s 流入量水箱的液体体积为0.247m3。试求该管段沿程阻力系数λ值。
4-8 某管道长度l=20m，直径d=1.5cm，通过流量Q=0.02L/s，水温T=20℃。求管道的沿程阻力系数λ和沿程水头损失h f。
4-9 温度6℃的水，在长l=2m的圆管中流过，Q=24L/s，d=20cm，△=0.2mm，试用图解法和计算法求沿程阻力系数λ及沿程水头损失。
4-10 为测定弯管的局部阻力系数ξ值，可采用如图所示的装置。已知AB段管长l为10m，管径d为50mm，该管段的沿程阻力系数λ为0.03，今测得实验数据：（1）A、B两测压管的水头差为0.629m，（2）经2min流入水箱的水量为0.329m3。试求弯管的局部阻力系数ξ值。
4-11 断面开头和尺寸不变的顺直渠道，其中水流为均匀流，紊流粗糙区。当过水断面面积A=24m2,湿周χ=12m时，流速υ=2.84m/s，测得水力坡度J=0.002。求此渠道的粗糙系数n。
4-12 有一混凝土护面的圆形断面隧洞（无抹灰面层，用钢模板施工，质量良好）。长度l=300m，直径d=5m.水温t=20℃。通过流量Q=200m3/s时，分别用达西-威斯巴赫公式及谢才公式计算隧洞的沿程水头损失。
4-13某管道由直径为d1=45cm及d2=15cm的两根管段组成，如图所示。若已知大直径管中的流速υ1=0.6m/s，求突然收缩处的局部水头损失。
液流型态与水头损失
一、第4章液流型态与水头损失 【教学基本要求】 1、理解水流阻力和水头损失产生的原因及分类，掌握水力半径的概念。 2、了解均匀流水头损失的特点，掌握均匀流沿程水头损失计算的达西公式和沿程水头损失系数λ的表达形式。 3、理解雷诺实验现象和液体流动两种流态的特点，掌握层流与紊流的判别方法及雷诺数Re的物理含义，弄清楚判别明渠水流和管流临界雷诺数不同的原因。 4、理解圆管均匀层流的流速分布，掌握沿程水头损失的计算及沿程水头损失系数的确定。 5、了解紊流的成因和特征，了解紊流粘性底层和边界粗糙程度对水流运动的影响，理解紊流光滑区、粗糙区和过渡区的概念，了解紊流的流速分布规律。 6、理解尼古拉兹实验中沿程水头损失系数λ的变化规律，掌握紊流3个流区沿程水头损失系数λ的确定方法，能应用达西公式计算紊流的沿程水头损失。 7、了解当量粗糙度的概念，会运用Moody图查找λ的值。 8、掌握计算沿程水头损失的经验公式——舍齐公式和曼宁公式，能正确选择糙率n。 9、理解局部水头损失产生的原因，能正确选择局部水头损失系数进行局部水头损失计算。 【学习重点】 1、了解液体运动两种流态的特点，掌握流态的判别方法和雷诺数Re的物理意义。 2、掌握沿程水头损失系数λ在层流和紊流三个流区内的变化规律，并能确定λ的值。 3、会应用达西公式计算沿程水头损失 4、掌握舍齐公式及曼宁公式，并会确定糙率n。 5、掌握局部水头损失计算。 【内容提要和学习指导】 本章是水力学课程中的重点，也是难点。这一章中概念多、公式多，重要的雷诺实验、尼古拉兹实验成果与半经验理论和理论分析成果相互验证和借鉴，经验公式和系数多而且集中。学习本章应该紧紧围绕达西公式中的沿程水头损失系数λ，掌握λ的影响因素和在不同流态与紊流各流区中的变化规律，弄清相关的概念和液体运动特征。最终落实到会确定λ值，并计算不同流态和流区内的沿程水头损失。 4.1 水流阻力与水头损失 水流阻力和水头损失是两个不同而又相关联的重要概念，确定它们的性质、大小和变化规律在工程实践是有十分重要的意义。
第四章层流和紊流及水流阻力和水头损失
第四章 层流和紊流及水流阻力和水头损失 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。 2、圆管紊流的动能校正系数大于层流的动能校正系数。 3、紊流中存在各种大小不同的涡体。 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。 5、谢才公式既适用于有压流，也适用于无压流。 6、' 'y u x u ρτ -=只能代表 X 方向的紊流时均附加切应力。 7、临界雷诺数随管径增大而增大。 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。 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。 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。 11、液体的粘性是引起液流水头损失的根源。 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。 12、公式gRJ ρτ= 即适用于管流，也适用于明渠水流。 13、在逐渐收缩的管道中，雷诺数沿程减小。 14、管壁光滑的管子一定是水力光滑管。 15、在恒定紊流中时均流速不随时间变化。 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。 17、粘性底层的厚度沿流程增大。 18、阻力平方区的沿程水头损失系数λ 与断面平均流速 v 的平方成正比。 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。 20、紊流的脉动流速必为正值。 21、绕流阻力可分为摩擦阻力和压强阻力。 22、有一管流，属于紊流粗糙区，其粘滞底层厚度随液体温度升高而减小。 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。 24、沿程水头损失系数总是随流速的增大而增大。 25、边界层内的流动也有层流与紊流之分。 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。 27、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 。 28、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 。 29、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 。
流体力学_龙天渝_流动阻力和水头损失
第四章流动阻力和水头损失 一、复习思考题 二、习题 1、选择题 2、计算题 一、复习思考题 1．怎样判别粘性流体的两种液态——层流和紊流？ 2．为何不能直接用临界流速作为判别液态（层流和紊流）的标准？3．常温下，水和空气在相同的直径的管道中以相同的速度流动，哪种流体易为紊流？ 4．怎样理解层流和紊流切应力的产生和变化规律不同，而均匀流动方程式 对两种液态都适用？ 5．紊流的瞬时流速、时均流速、脉运流速、断面平均流速有何联系和区别？ 6．何谓粘性底层？它对实际流动有何意义？ 7．紊流不同阻力区（光滑区，过渡区，粗糙区）沿程摩擦阻力系数 的影响因素何不同？ 8．什么是当量粗糙？当量粗糙高度是怎样得到的？ 9．比较圆管层流和紊流水力特点（切应力、流速分布、沿程水头损失、没种摩系数）的差异。 10．造成局部水头损失的主要原因是什么？ 11．什么是边界层？提出边界层概念对水力学研究有何意义？ 12．何谓绕流阻力，怎样计算？ 二、习题 1、选择题 4-1水在垂直管内由上向下流动，测压管水头差h，两断面间沿程水头损失，则： （a）h f=h； （b）h f=h+l； （c）h f=l－h；
（d）h f=l。 4-2圆管流动过流断面上切应力分布为： （a）在过流断面上是常数； （b）管轴处是零，且与半径成正比； （c）管壁处是零，向管轴线性增大； （d）按抛物线分布。 4-3在圆管流中，紊流的断面流速分布符合（）： （a）均匀规律； （b）直线变化规律； （c）抛物线规律； （d）对数曲线规律。 4-4在圆管流中，层流的断面流速分布符合（）： （a）均匀规律； （b）直线变化规律； （c）抛物线规律； （d）对数曲线规律。 4-5半圆形明渠半径r0=4m，水力半径为（）： （a）4m； （b）3m； （c）2m； （d）1m。 4-6变直径管流，细断面直径为d1，粗断面直径d2=2d1，粗细断面雷诺数的关系是（）： （a）Re1=0.5 Re2； （b）Re1= Re2； （c）Re1=1.5 Re2； （d）Re1=2 Re2。
水头损失总结(知识材料)
第三章液流型态和水头损失 第一节水头损失及其分类 一、水头损失产生的原因 实际液体都有粘滞性，实际液体在流动过程中有能量损失，主要是由于水流与边界面接触的液体质点黏附于固体表面，流速ｕ为零，在边界面的法线方向上ｕ从零迅速增大，导致过水断面上流速分布不均匀，这样相邻流层之间存在相对运动，有相对运动的两相邻流层间就产生内摩擦力，水流在流动过程中必然要克服这种摩擦阻力消耗一部分机械能，这部分机械能称为水头损失。 单位重量液体从一断面流至另一断面所损失的机械能称为两断面间的能量损失，也叫水头损失。 粘滞性的存在是液流水头损失产生的根源，是内在的、根本的原因。但从另一方面考虑，液流总是在一定的固体边界下流动的，固体边界的沿程急剧变化，必然导致主流脱离边壁，并在脱离处产生旋涡。旋涡的存在意味着液体质点之间的摩擦和碰撞加剧，这显然要引起另外的较大的水头损失。因此，必须根据固体边界沿程变化情况对水头损失进行分类。 水流横向边界对水头损失的影响：横向固体边界的形状和大小可用水断面面积Ａ与湿周Χ来表示。湿周是指水流与固体边界接触的周界长度。湿周ｘ不同，产生的水流阻力不同。比如：两个不同形状的断面，一正方行，二扁长矩形，两者的过水断面面积Ａ相同，水流条件相同，但扁长矩形渠槽的湿周ｘ较大，故所受阻力大，水头损失也大。如果两个过水断面的湿周ｘ相同，但面积Ａ不同，通过同样的流量Ｑ，水流阻力及水头损失也不相等。所以单纯用Ａ或Ｘ来表示水力特征并不全面，只有将两者结合起来才比较全面，为此，引入水力半径的概念。 水力学中习惯上称 χ A R= 为水力半径，它是反映过水断面形状尺寸的一个重要的水力要 素。 水流边界纵向轮廓对水头损失的影响：纵向轮廓不同的水流可能发生均匀流与非均匀流，其水头损失也不相同。 二、水头损失的分类 边界形状和尺寸沿程不变或变化缓慢时的水头损失成为沿程水头损失，以hf表示，简称沿程损失。 边界形状和尺寸沿程急剧变化时的水头损失称为局部水头损失，以hj表示，简称局部损失。 从水流分类的角度来说，沿程损失可以理解为均匀流和渐变流情况下的水头损失，而局部损失则可理解为急变流情况下的水头损失。
流体力学第六章 流动阻力及能量损失
第六章流动阻力及能量损失 本章主要研究恒定流动时，流动阻力和水头损失的规律。对于粘性流体的两种流态——层流与紊流，通常可用下临界雷诺数来判别，它在管道与渠道内流动的阻力规律和水头损失的计算方法是不同的。对于流速，圆管层流为旋转抛物面分布，而圆管紊流的粘性底层为线性分布，紊流核心区为对数规律分布或指数规律分布。对于水头损失的计算，层流不用分区，而紊流通常需分为水力光滑管区、水力粗糙管区及过渡区来考虑。本章最后还阐述了有关的边界层、绕流阻力及紊流扩散等概念。 第一节流态判别 一、两种流态的运动特征 1883年英国物理学家雷诺（Reynolds O.）通过试验观察到液体中存在层流和紊流两种流态。 1.层流观看录像1-层流 层流（laminar flow），亦称片流：是指流体质点不相互混杂，流体作有序的成层流动。 特点： （1）有序性。水流呈层状流动，各层的质点互不混掺，质点作有序的直线运动。 （2）粘性占主要作用，遵循牛顿内摩擦定律。 （3）能量损失与流速的一次方成正比。 （4）在流速较小且雷诺数Re较小时发生。 2.紊流观看录像2－紊流 紊流（turbulent flow），亦称湍流：是指局部速度、压力等力学量在时间和空间中发生不规则脉动的流体运动。 特点： （1）无序性、随机性、有旋性、混掺性。 流体质点不再成层流动，而是呈现不规则紊动，流层间质点相互混掺，为无序的随机运动。 （2）紊流受粘性和紊动的共同作用。 （3）水头损失与流速的1.75~2次方成正比。
（4）在流速较大且雷诺数较大时发生。 二、雷诺实验 如图6-1所示，实验曲线分为三部分： （1）ab段：当υ<υc时，流动为稳定的层流。 （2）ef段：当υ>υ''时，流动只能是紊流。 （3）be段：当υc<υ<υ''时，流动可能是层流（bc段），也可能是紊流（bde段），取决于水流的原来状态。 图6-1 图6-2 观看录像3观看录像4观看录像5实验结果（图6-2）的数学表达式 层流：m1=1.0, h f=k1v , 即沿程水头损失与流线的一次方成正比。 紊流：m2=1.75~2.0, h f =k2v1.75~2.0，即沿程水头损失h f与
武大水力学习题第4章层流絮流及水流阻力及水头损失
第四章层流和紊流及水流阻力和水头损失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。 2、圆管紊流的动能校正系数大于层流的动能校正系数。 3、紊流中存在各种大小不同的涡体。 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。 5、谢才公式既适用于有压流，也适用于无压流。 6、 ' ' y u x uρ τ- =只能代表 X 方向的紊流时均附加切应力。 7、临界雷诺数随管径增大而增大。 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。 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。 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。 11、液体的粘性是引起液流水头损失的根源。 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。 12、公式gRJ ρ τ=即适用于管流，也适用于明渠水流。 13、在逐渐收缩的管道中，雷诺数沿程减小。 14、管壁光滑的管子一定是水力光滑管。 15、在恒定紊流中时均流速不随时间变化。 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。 17、粘性底层的厚度沿流程增大。 18、阻力平方区的沿程水头损失系数λ与断面平均流速 v 的平方成正比。 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。 20、紊流的脉动流速必为正值。 21、绕流阻力可分为摩擦阻力和压强阻力。 22、有一管流，属于紊流粗糙区，其粘滞底层厚度随液体温度升高而减小。 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。
24、沿程水头损失系数总是随流速的增大而增大。 25、边界层内的流动也有层流与紊流之分。 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。 27、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。 28、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。 29、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。 30、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。 31、谢才系数 C 与沿程水头损失系数的关系为 1 C 与成正比； 2 C 与 1成正比； 3 C 与 2 成正比； 4 C 与λ 1成正比。 32、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 1 qvA > qvB ; 2 qvA ＝ qvB ; 3 qvA < qvB ； 4 不能确定大小。 33、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。 34、粘滞底层厚度随 Re 的增大而 1 增大； 2 减小； 3 不变； 4 不定。 35、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 τ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 τ 0圆 τ 0方 τ 0矩， q v圆 q v方 q v矩； 2 τ 0圆 < τ 0方 < τ 0矩， q v圆 < q v方 < q v矩； 3 τ 0圆 τ 0方 τ 0矩， q v圆 < q v方 < q v矩； 4 τ 0圆 < τ 0方 < τ 0矩， q v圆 q v方 q v矩。
流动阻力和水头损失
提问：1、尼古拉茨实验曲线分为哪几个区； 2、工业管路计算沿程阻力损失的步骤； 上次课内容回顾及本次课内导出： 5.7 非圆形截面均匀紊流的阻力计算 实际工程中流体流动的管道不一定是圆形截面，例如大多数通风管道为矩形截面，矿井中的回风巷道也是非圆形截面。 两种方法：一是利用原有公式（达西公式），e d d →。 二是用蔡西公式计算。 一、利用原有公式计算 圆形截面的特征长度：直径d 非圆形截面的特征长度：水力半径R 。 充满流体的圆管的直径： R X A d d d 442===ππ 非圆形管道的当量直径 e d ： R X A d e 44== 所以 g v R l h f 242 ? ?=λ 注意：应用e d 计算非圆管的f h 是近似的方法，并不适用于所有情况。 二、用蔡西公式计算
22222221242RA c l Q A Q R l g v R l g v d l h f =??=?=?=λ λλ 令2 2 2 k RA c =，则 22k l Q h f = i k l h k Q f == Ri c A i RA c A Q v == =22 ——蔡西公式（1775），它在管路、渠道等工程计算中得到广泛应用。 式中 c ——蔡西系数，λ g c 8= ； k ——流量模数，R cA k =。 例 5.7.1长30=l m ，截面积A ＝0.35.0?m 2 的镀锌钢板制成的矩形风道，风速 14=v m/s ，风温度20=t °C ，试求沿程损失f h 。若风道入口截面1处的风压 6.9801=p N/m 2，而风道出口截面2 比入口位置高10m, 求2处风压2p =? 解：风道的当量直径 375.0) 5.03.0(25 .03.04)(24=+???=+?= b a b a d e m 20=t °C 时，空气的运动粘度5 1057.1-?=υm 2/s 3343951057.1375.014Re 5=??= = -υ e vd >500 紊流==?375 15 .0e d 0.0004 查莫迪图可得到0176.0=λ 1.148 .9214375.0300176.02 =??? =f h m 气柱 查表，空气20=t °C 时，密度205.1=ρkg/m 3，则 f gh z z g p p ρρ---=)(1212 =1.148.9205.110806.9205.16.980??-??- =696N/m 2 5.8 边界层理论基础 在分析流体流动状态时已知，随↑e R ，粘性对流体的作用↓，惯性对流体的作用↑。当↑e R 到使粘性的作用可以忽略时，流体将接近理想流体。e R 很大的实际流体绕固体均匀流动时，在固体后部将产生旋涡区，而理想流体的均匀流动则无此区。 举实例：飞机机翼、汽车、船舶航行、高尔夫球在空中滑行、建筑物迎风、
第四章层流和紊流及水流阻力和水头损失
第四章层流和紊流及水流阻力和水头损失 1、紊流光滑区的沿程水头损失系数λ仅与雷诺数有关，而与相对粗糙度无关。() 2、圆管紊流的动能校正系数大于层流的动能校正系数。() 3、紊流中存在各种大小不同的涡体。() 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。() 5、谢才公式既适用于有压流，也适用于无压流。() 6、 ' ' y u x u ρ τ- =只能代表X 方向的紊流时均附加切应力。() 7、临界雷诺数随管径增大而增大。() 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。() 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。() 10、管道突然扩大的局部水头损失系数ζ的公式是在没有任何假设的情况下导出的。() 11、液体的粘性是引起液流水头损失的根源。() 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。() 12、公式gRJ ρ τ=即适用于管流，也适用于明渠水流。() 13、在逐渐收缩的管道中，雷诺数沿程减小。() 14、管壁光滑的管子一定是水力光滑管。() 15、在恒定紊流中时均流速不随时间变化。() 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。() 17、粘性底层的厚度沿流程增大。() 18、阻力平方区的沿程水头损失系数λ与断面平均流速v 的平方成正比。() 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。() 20、紊流的脉动流速必为正值。() 21、绕流阻力可分为摩擦阻力和压强阻力。() 22、有一管流，属于紊流粗糙区，其粘滞底层厚度随液体温度升高而减小。() 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。() 24、沿程水头损失系数总是随流速的增大而增大。() 25、边界层内的流动也有层流与紊流之分。() 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。() 27、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。 28、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。 29、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。 30、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。 31、谢才系数C 与沿程水头损失系数λ的关系为() ( 1 ) C 与λ成正比；( 2 ) C 与1/λ成正比；( 3 ) C 与λ2 成正比；( 4 ) C 与λ 1成正比。32、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() ( 1 )qvA > qvB ; ( 2 )qvA ＝qvB ; ( 3 )qvA < qvB ；( 4 )不能确定大小。 33、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。 34、粘滞底层厚度δ随Re 的增大而() ( 1 )增大；( 2 )减小；( 3 )不变；( 4 )不定。 35、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 τ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：() ( 1 )τ 0圆> τ 0方> τ 0矩， q v圆> q v方> q v矩； ( 2 )τ 0圆< τ 0方< τ 0矩， q v圆< q v方< q v矩； ( 3 )τ 0圆> τ 0方> τ 0矩， q v圆< q v方< q v矩； ( 4 )τ 0圆< τ 0方< τ 0矩， q v圆> q v方> q v矩。
第3章液流形态及水头损失
第3章 液流形态及水头损失 1.水头损失分哪几类?各产生在什么部位? 2.沿程水头损失及局部水头损失的一般表达式各为什么? 3.液流水头损失的内因是什么? 4.何为层流与紊流? 5.有压管道水流及明渠水流的层流与紊流如何判别? 6.雷诺数Re的物理意义是什么? 7.何谓上临界雷诺数与下临界雷诺数?为什么用下临界雷诺数作为判别层紊流流态的标准? 8.两条不同直径的管道,通过的液体相同,问两条管道的临界雷诺数是否相同?为什么? 9.有一条管道,直径d及液体的温度不变,问随着流量增大液体的雷诺数如何变化( ) (a)变大, (b)变小, (c)不变, (d)不定 10.均匀流沿程水头损失与切应力关系式是什么?该式对层、紊流是否均适用;对管道及明渠均匀流是否均适用? 11.沿程水头损失普遍式g v R g v d l h f 24122 2λλ==,对管路及明渠是否均适用？对均匀流的层、紊流是否均适用？又λ的量纲如何? 12.谢才公式RJ c V =,与达西公式g v d h f 212 λ=有何关系 。谢才公式对管路、明渠均匀流是否均适用？对均匀流的层、紊流是否均适用？ 13.管道均匀流切应力在断面上分布为( )。 14.管道均匀紊流断面流速分布为( ) (a)抛物线分布, (b)对数曲线分布, (c)矩形分布, (d)指数曲线分布
15.管道均匀层流断面流速分布为( ) (a)对数曲线分布, (b)矩形直线分布, (c)抛物线分布, (d)管轴线最大边壁处为零直线分布 16.紊流特征主要有哪些?简要说明。 17.运动要素的脉动值、时均法及瞬时值的含义各是什么?相互间有何关系，对紊流运动有何 影响? 18.层流与紊流中的切应力,各由什么原因引起的?两者与时均流速有什么关系? 19.有两条直径d,长度l和绝对粗糙度?相同的管道,一条输水,另一条输油,试问: h (1)当两条管道中液体的流速相等时,其沿程水头损失是否相等?哪条大? f h (2)当两条管道中液体的雷诺数Re相同时,其沿程水头损失是否相等?哪条大? f hλ与那些因素有关? 20.紊流又分哪几个区?各区与V有何关系?各区 f 21.紊流的粗糙区有何特点?为何又称阻力平方区? 22.何谓阻力流速(剪切流速)? 23.如图示,水流方向由小管到大管和由大管到小管,问两者局部水头损失是否相等?为什么?
水力学(流动阻力与水头损失)-试卷1
水力学（流动阻力与水头损失）-试卷1 (总分：80.00，做题时间：90分钟) 一、单项选择题(总题数：7，分数：14.00) 1.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。（分数： 2.00） __________________________________________________________________________________________ 解析： 2.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_____。 （分数：2.00） A.τ0圆＞τ0方＞τ0矩，q v圆＞q v方 >＞q v矩√ B.τ0圆＜τ0方＜τ0矩，q v圆＜q v方＜q v矩 C.τ0圆＞τ0方＞τ0矩，q v圆＜q v方＜q v矩 D.τ0圆＜τ0方＜τ0矩，q v圆＞q v方 >＞q v矩 解析： 3.圆管均匀层流与圆管均匀紊流的_________。 ( ) （分数：2.00） 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 解析： 4.紊流内部结构分区的判别参数是_______。 ( ) （分数：2.00） 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 解析： 5.谢才系数C的量纲是_______ ( ) （分数：2.00） A.L B.L 1/2 T -1√ C.L -1 T 1/2 D.无量纲 解析： 6.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_______。 （分数：2.00） A.h fA＞h fB B.h fA =h fB C.h fA＜h fB√ D.尚不能确定大小 解析：
水头损失总结
第三章 液流型态和水头损失 第一节 水头损失及其分类 一 、水头损失产生的原因 实际液体都有粘滞性，实际液体在流动过程中有能量损失，主要是由于水流与边界面接触的液体质点黏附于固体表面，流速ｕ为零，在边界面的法线方向上ｕ从零迅速增大，导致过水断面上流速分布不均匀，这样相邻流层之间存在相对运动，有相对运动的两相邻流层间就产生内摩擦力，水流在流动过程中必然要克服这种摩擦阻力消耗一部分机械能，这部分机械能称为水头损失。 单位重量液体从一断面流至另一断面所损失的机械能称为两断面间的能量损失，也叫水头损失。 粘滞性的存在是液流水头损失产生的根源，是内在的、根本的原因。但从另一方面考虑，液流总是在一定的固体边界下流动的，固体边界的沿程急剧变化，必然导致主流脱离边壁，并在脱离处产生旋涡。旋涡的存在意味着液体质点之间的摩擦和碰撞加剧，这显然要引起另外的较大的水头损失。因此，必须根据固体边界沿程变化情况对水头损失进行分类。 水流横向边界对水头损失的影响：横向固体边界的形状和大小可用水断面面积Ａ与湿周Χ来表示。湿周是指水流与固体边界接触的周界长度。湿周ｘ不同，产生的水流阻力不同。比如：两个不同形状的断面，一正方行，二扁长矩形，两者的过水断面面积Ａ相同，水流条件相同，但扁长矩形渠槽的湿周ｘ较大，故所受阻力大，水头损失也大。如果两个过水断面的湿周ｘ相同，但面积Ａ不同，通过同样的流量Ｑ，水流阻力及水头损失也不相等。所以单纯用Ａ或Ｘ来表示水力特征并不全面，只有将两者结合起来才比较全面，为此，引入水力半径的概念。 水力学中习惯上称χA R =为水力半径，它是反映过水断面形状尺寸的
一个重要的水力要素。 水流边界纵向轮廓对水头损失的影响：纵向轮廓不同的水流可能发生均匀流与非均匀流，其水头损失也不相同。 二、水头损失的分类 边界形状和尺寸沿程不变或变化缓慢时的水头损失成为沿程水头损失，以hf表示，简称沿程损失。 边界形状和尺寸沿程急剧变化时的水头损失称为局部水头损失，以hj表示，简称局部损失。 从水流分类的角度来说，沿程损失可以理解为均匀流和渐变流情况下的水头损失，而局部损失则可理解为急变流情况下的水头损失。 以上根据水流边界情况（外界条件）对水头损失所做的分类，丝毫不意味着沿程损失和局部损失在物理本质上有什么不同。不论是沿程水头损失还是局部水头损失，都是由于粘滞性引起内摩擦力做功消耗机械能而产生的。若水流是没有粘滞性的理想液体，则不论边界怎样急剧变化，引起的也只是流线间距和方向的变化，机械能之间的相互转化，决不可能出现水头损失。 事实上，这样来划分水头损失，反映了人们利用水流规律来解决实践问题的经验，给生产实践带来了很大的方便。例如，各种水工建筑物、各种水力机械、管道及其附件等，都可以事先用科学实验的方法测定它的沿程水头损失和局部水头损失，为后来的设计和运行管理提供必要的数据。 在实践中，沿程损失和局部损失往往是不可分割、互相影响的，因此，在计算水头损失时要作这样一些简化处理：①沿流程如果有几处局部水头损失，只要不是相距太近，就可以把它们分别计算；②边界局部变化处，对沿程水头损失的影响不单独计算，假定局部损失集中产生在边界突变的一个断面上，该断面的上游段和下游段的水头损失仍然只考虑沿程损
液流形态及水头损失
第四章液流形态及水头损失 4-1 圆管直径d=15mm，其中流速为15cm/s，水温为12℃，试判别水流是层流还是紊流？ 4-2 有一管道，管段长度L=10m，直径d=8cm，在管段两端接一水银压差计，如图所示。 当水流通过管道时，测得压差计中水银面高差△h=10.5cm。求水流作用于管壁的切应力τ0。 4-3 有一圆管,其直径为10cm，通过圆管的水流速度为2m/s，水的温度为20℃，若已知λ为0.03，试求黏性底层的厚度。 4-4 有一矩形断面渠道，宽度b=2m，渠中均匀流水深h0=1.5m。测得100m渠段长度的沿程水头损失h f=25cm，求水流作用于渠道壁面的平均切应力τ0。 4-5 有一直径为25cm的圆管，对壁粘贴有△为0.5mm的砂粒，如水温为10℃，问流动要保持为粗糙区最小流量需要多少？并求出此时管壁上切应力τ0为多大？ 4-6 试求前题圆管中，通过的流量为5000cm3/s，20000cm3/s，200000cm3/s时，液流形态各为层流还是紊流？若为紊流应属于光滑区、过渡区还是粗糙区？其沿程阻力系数各为多少？若管段长度为100m，问沿程水头损失各为多少？ 4-7 为了测定AB管段的沿程阻力系数λ值，可采用如图所示的装置。已知AB段的管长l
为10m，管径d为50mm。今测得实验数据：（1）A、B两测压管的水头差为0.80m，（2）经90s 流入量水箱的液体体积为0.247m3。试求该管段沿程阻力系数λ值。 4-8 某管道长度l=20m，直径d=1.5cm，通过流量Q=0.02L/s，水温T=20℃。求管道的沿程阻力系数λ和沿程水头损失h f。 4-9 温度6℃的水，在长l=2m的圆管中流过，Q=24L/s，d=20cm，△=0.2mm，试用图解法和计算法求沿程阻力系数λ及沿程水头损失。 4-10 为测定弯管的局部阻力系数ξ值，可采用如图所示的装置。已知AB段管长l为10m，管径d为50mm，该管段的沿程阻力系数λ为0.03，今测得实验数据：（1）A、B两测压管的水头差为0.629m，（2）经2min流入水箱的水量为0.329m3。试求弯管的局部阻力系数ξ值。 4-11 断面开头和尺寸不变的顺直渠道，其中水流为均匀流，紊流粗糙区。当过水断面面积A=24m2,湿周χ=12m时，流速υ=2.84m/s，测得水力坡度J=0.002。求此渠道的粗糙系数n。 4-12 有一混凝土护面的圆形断面隧洞（无抹灰面层，用钢模板施工，质量良好）。长度l=300m，直径d=5m.水温t=20℃。通过流量Q=200m3/s时，分别用达西-威斯巴赫公式及谢才公式计算隧洞的沿程水头损失。 4-13某管道由直径为d1=45cm及d2=15cm的两根管段组成，如图所示。若已知大直径管中的流速υ1=0.6m/s，求突然收缩处的局部水头损失。
水力学 液流形态和水头损失
第三章 液流形态和水头损失 考点一 沿程水头损失、局部水头损失及其计算公式 1、沿程水头损失和局部水头损失计算公式 （1）水头损失的物理概念 定义：实际液体运动过程中，相邻液层之间存在相对运动。由于粘性的作用，相邻流层之间就存在内摩擦力。液体运动过程中，要克服这种摩擦阻力就要做功，做功就要消耗一部分液流的机械能，转化为热能而散失。这部分转化为热能而散失的机械能就是水头损失。 分类：液流边界状况的不同，将水头损失分为沿程水头损失和局部水头损失。 （2）沿程水头损失：在固体边界平直的水道中，单位重量的液体自一个断面流至另一个断面损失的机械能就叫做该两个断面之间的水头损失，这种水头损失是沿程都有并随沿程长度增加而增加的，所以称作沿程水头损失，常用h f 表示。 沿程水头损失的计算公式为达西公式 对于圆管 g v d L h f 22 λ= 对于非圆管 g v R L h f 242 λ= 式中，λ为沿程阻力系数，其值与液流的流动形态和管壁的相对粗糙度d /?有关，其中?称为管壁的绝对粗糙度，)(Re,d f ? =λ； L 为管长；d 为管径；v 为管道的断面平均流速；R 为水力半径； v 为断面平均流速。 （3）局部水头损失：当液体运动时，由于局部边界形状和大小的改变，液体产生漩涡，或流线急剧变化，液体在一个局部范围之内产生了较大的能量损失，这种能量损失称作局部水头损失，常用h j 表示。 局部水头损失的计算公式为 g v h j 22 ζ= 式中，ζ为局部阻力系数；其余符号同前。 （4）总水头损失 对于某一液流系统，其全部水头损失h w 等于各流段沿程水头损失与局部水头损失之和，即 ∑∑+= ji fi w h h h 2、湿周、水力半径 （1）湿周χ：液流过水断面与固体边界接触的周界线，是过水断面的重要的水力要素之一。其值越大，对水流的阻力和水头损失越大。