液流型态及水头损失

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1、第三章思考题解答3-1雷诺数是反映液流惯性力和粘滞力的对比关系，液流由层流转化为紊流的过程中首先要形成涡体，但涡体形成后并不一定就能转化为紊流，还要涡体脱离原流层而掺入邻层，相互紊动，混惨。这一过程就取决于维持涡体运动的惯性力与约束涡体运动的粘滞力两者的对比关系。当粘滞力的作用起主导作用时，粘滞力对涡体的运动起控制作用，雷诺数较小，为层流；当惯性力的作用与粘滞力的作用相比较，强大到相当程度时才可能形成紊流。层流向紊流过渡的物理过程：由于液流的粘滞性及边界的滞水作用，液流过水断面流速分布的不均匀，相邻流层之间液体质点就有相对运动产生，使各流层之间产生内摩擦切

2、应力；由于外界的微小干扰或来流中残存的扰动，流层出现局部性的波动，使局部流速和压强重新调整，流层扭曲，流线间距变化，使波峰、波谷断面承受不同方向的横向压力P；当波幅增大到一定程度后，由于切应力和横向压力的综合作用，最后形成涡体，产生升力；涡体在惯性力与粘滞力相互作用下运动，当升力足以使涡体脱离原流层而掺入邻流层时，进一步产生新涡体，如此发展下去层流就转化为紊流。3-2层流：液流质点互不混惨作有条不紊的分层运动，切应力服从牛顿内摩擦定律，流速呈抛物线型分布，沿程水头损失与断面平均流速的一次方成比例，不存在运动要素的脉动，紊流：液流质点形成大小不等的涡体相互混

3、惨碰撞，作不规则运动，切应力由粘滞切应力和附加切应力组成，流速按对数规律分布，沿程水头损失与速度的1.75~2次方成比例，在充分紊流区，,存在着运动要素的脉动现象。流态判别：3-4紊流中某一定点上的瞬时运动要素(v,p)都要随时间发生波动现象，这一现象称为运动要素的脉动，如：，严格来说某点瞬时流速是随时间在不断变化的，具有非恒定流的性质；但试验研究表明，瞬时流速虽有变化，但在足够长的时间过程中，它的时间平均值是不变的。若时均运动要素不随时间变化，称为恒定流，时均运动要素随时间变化，称为非恒定流，我们分析水流运动规律时均是就运动要素的时均值而言，故并不矛盾。

4、3-6对简单管道，若不计局部水头损失，流量系数两种情况下均相等，面积相同，则流量大小主要取决于水头，铅垂方向延长水头比水平方向延长水头大，故铅垂方向布置流量大。第三章习题解答3-1当输水管的流量一定时，随管径的加大，雷诺数是加大还是减少？其原因何在？解：当流量Q一定时由上式可看出Re与d成反比，故d增大，Re减小3-2有一输水管，水流流速为1.0m/s，水温为20℃，管径为200mm，试判断其流动型态。解：当T＝20℃时水的运动粘度＝0.0101cm2/s故管中水流为紊流3-3一矩形渠道，底宽为200cm，水深为15cm，若水流流速为0.5m/s，水温为2

5、0℃，试判断其流动型态。解：当t＝20℃时，水的运动粘度＝0.0101cm2/s故渠道流态为紊流3-4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，试求粘性底层的厚度。解：粘性底层厚度3-5某二元明渠均匀流的流速分布规律为：如图所示。（1）断面平均流速v与表面流速u0的比值是多少？（2）求流速分布曲线上与断面平均流速相等的点的位置，即ym=？3-5解：（1）单位宽度明渠通过的流量为断面的平均流速（2）当ux＝v时，即3.6有一直径为25cm的圆管，内壁粘贴有Δ为0.5mm的沙粒，如水温为10℃，问流动要保持

6、粗糙区最小流量需要若干？并求出此时管壁上切应力τ0为多大？3-7试求前题圆管中，通过的流量为5000cm3/s，20000cm3/s，200000cm3/s时，液流型态各为层流还是紊流？若为紊流应属于光滑区、过渡粗糙区还是粗糙区，其沿程阻力系数各为若干？若管段长度为100m，问沿程水头损失各为若干？解：（1）当故水流为紊流判别紊流属于何区（2）当且属于过渡粗糙区故采用柯列布鲁克－怀特公式求λ与假设值相符（3）当属于粗糙区，故采用尼库拉兹公式求出的λ值与假设相符合通过上述计算说明同一个管径的水管中流过不同的流量Q，其管壁可以是光滑区，或过渡粗糙区，也可以是粗

7、糙区。若L＝100m，求hf（1）（2）（3）3-8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90秒钟流入量水箱的水体积为0.247m3。试求该管段的沿程阻力系数λ值。3-8解：流量3-9试求前题AB管段的谢才系数C值，并用满宁公式求其粗糙系数n值。由满宁公式解：3-10为测定90°弯管的局部水头损失系数ζ值，可采用如图所示的装置。已知AB段管长L为l0m，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）

8、A、B两测压管的水头差为0.629m（2）经2分钟流入量水箱的水量