1、水力学（流动阻力与水头损失）-试卷 1 及答案解析(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）_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 0 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_。 ( ) （分数：2.00）A. 0 圆 0 方 0 矩 ，q v 圆 q v 方 q v 矩B. 0 圆 0 方 0 矩 ，q v 圆 q v 方 q
2、v 矩C. 0 圆 0 方 0 矩 ，q v 圆 q v 方 q v 矩D. 0 圆 0 方 0 矩 ，q v 圆 q v 方 q v 矩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5.谢才系数 C 的量纲是_ ( )（分数：2.00）A.LB.L 1/2 T -1C.L -1 T 1/2D.无量纲6.如图 48 所示，A、B 两种截面管道，已
3、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 fBB.h fA =h fBC.h fA h fBD.尚不能确定大小7.边界层的外边界线可看成是_。 ( )（分数：2.00）A.一条流线B.一条迹线C.有旋流动与有势流动的分界线D.层流与紊流的分界线二、填空题(总题数：5，分数：10.00)8.填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。（分数：2.00）_9.圆管沿程水头损失系数 的影响因素分别是_。 层流 =f ( ) 紊流光滑区 =f( ) 紊流过渡区 =f( ) 紊流粗糙区 =f( )（分数：2.00）
4、_10.推导管道突然扩大的局部水头损失系数 公式时的假设条件有：_，_,_.（分数：2.00）_11.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_。（分数：2.00）_12.紊流型态可分为 3 个流区，其判别标准是：光滑区_，过渡区_，粗糙区_。（分数：2.00）_三、计算题(总题数：28，分数：56.00)13.有 3 根直径相同的输水管，直径 d=100mm，通过的流量均为 Q=0015m 3 s，管长均为 l=1000m，各管的当量粗糙度分别为 1 =01mm， 2 =04mm， 3 =3mm，水温为 20，求各管中的沿程水头损失 h f ，水力坡度 J，摩阻流速 u *
5、和各管中损失的功率。（分数：2.00）_14.有一梯形断面的渠道，已知：底宽 b=10m，均匀流水深 h=3m，边坡系数 1：1，渠道的粗糙系数(即糙率)n=002，通过的流量 Q=39m 3 s，试求在每公里渠道长度上的水头损失及沿程水头损失系数。（分数：2.00）_15.如图 43 所示有两个水池。其底部以一水管连通。在恒定的水面差 H 的作用下，水从左水池流人右水池。水管直径 d=500mm，当量粗糙度=06mm，管总长 l=100m，直角进口，闸阀的相对开度为 ，90缓弯管的转弯半径 R=2d，水温为 20，管中流量为 05m 3 s。求两水池水面的高差 H。 （分数：2.00）_16
6、.设计一给水管道，其直径 d 已定，今就其长度 l 研究和两种方案，第方案比第方案短 25。若水塔的水面高程不变，另因水管都很长，可以不计局部水头损失和流速水头，试就光滑管和完全粗糙管两种流区情况分别推求两种方案的流量比 Q Q 。（分数：2.00）_17.如图 44 所示用水泵从蓄水池中抽水，蓄水池中的水由自流管从河中引入。自流管长 l 1 =20m，管径d 1 =150mm，吸水管长 l 2 =12m，管径 d 2 =150mm，两管的当量粗糙度均为 06mm，河流水面与水泵进口断面中点的高差 h=20m。自流管的莲蓬头进口，自流管出口入池，吸水管的带底阀的莲蓬头进口以及吸水管的缓弯头的局
7、部水头损失系数依次为 1 =02， 2 =10， 3 =60， 4 =03，水泵进口断面处的最大允许真空高度为 60m 水头。求最大的抽水流量。水温为 20。 （分数：2.00）_18.有一圆形断面有压隧洞，长 l=200m，通过流量 Q=700m 3 s，如果洞的内壁不加衬砌，其平均直径 d 1 =78m，糙率 n=0033；如果用混凝土衬砌，则直径 d 2 =70m，糙率 n=0014；试问衬砌方案比不衬砌方案沿程水头损失减少多少?（分数：2.00）_19.如图 45 所示，某新铸铁管路，当量粗糙度=03mm，管径 d=200mm，通过流量 Q=006m 3 s，管中有一个 90折角弯头，
8、今欲减少其水头损失拟将 90折角弯头换为两个 45折角弯头，或者换为一个缓弯 90角弯头(转弯半径 R=1m)，水温为 20。试求：(1)三种弯头的局部水头损失之比；(2)每个弯头的局部水头损失相当于多长管路的沿程水头损失。 （分数：2.00）_20.流速由 v 1 变为 v 2 的突然扩大管道，为了减小水头损失，可分为两次扩大，如图 46 所示。问中间段流速 v 取多大时，所产生的局部水头损失最小?若没有采用两次扩大，则一次扩大的水头损失为多少? （分数：2.00）_21.直径 d=1cm 的小球，在静水中以匀速 v=04ms 下沉，水温为 20，试求：(1)小球受的阻力 F；(2)小球的比
9、重 s。（分数：2.00）_22.底宽与水深均为 a 的矩形断面明渠和边长为 a 的正方形管道中通过水流时，假定水力坡度相同，试求它们的边壁切应力之比 1 2 ；再假定沿程水头损失系数 亦相同，求它们的流量之比 Q 1 Q 2 。（分数：2.00）_23.如图 4-9 所示，动力黏滞系数为 的液体在宽度为 b 的矩形断面明渠中作层流运动。已知液体深度为h，流速分布方程 u=u 0 1 一(yh) 2 ，式中 u 0 为表面流速。坐标 y 由液面铅直向下。若 、b、u 0 为已知，求： (1)断面平均流速； (2)渠底切应力。 （分数：2.00）_24.如图 4-10 所示，圆管中的流速分布为
10、u=u m (1 一 rr 0 ) 1/7 。式中：u m 为管中最大流速；r 0 为管道半径，r 为任一液层处的半径。试计算：(1)断面平均流速 v 与 u m 的比值；(2)点流速恰好等于断面平均流速处的半径 r cp 与 r 0 的比值。 （分数：2.00）_25.有一圆形断面输水隧洞，长度 L=500m，直径 d=5m。当通过流量 Q=200m 3 s 时，沿程水头损失 h f =758m。求沿程水头损失系数 。（分数：2.00）_26.图 4-11 所示为一倾斜放置的等直径输水管道。已知管径 d=200mm，A、B 两点之间的管长 L=2m，比压计液面差h=02m。油的重度 0 =8
11、600Nm 3 。求： (1)A、B 两点之间的沿程水头损失 h f ；(2)A、B 两点的测压管水头差；(3)圆管边壁的切应力 0 ，并绘出圆管断面的切应力分布图。 （分数：2.00）_27.如图 4-12 所示，管道出口段长 l=2m，d=01m，通过 =1000kgm 3 的流体，流量 Q=002m 3 s，已知 h=18m。求：(1)管道壁面切应力 ；(2)该管段的沿程水头损失系数 。 （分数：2.00）_28.带有两个 90转弯的管道，直径 d=100mm，长度 l=10m，沿程水头损失系数 =0037，转弯的局部水头损失系数 =029，现取消两弯段，但管长和管段两端的总水头差均不变
12、。问流量能增加百分之几?（分数：2.00）_29.在直径 d=32mm 的管路中，流动着液压油，已知流量为 3Ls，油液运动黏度 v=3010 -2 cm 2 s，试确定：(1)流动状态；(2)在此温度下油的临界速度。（分数：2.00）_30.如图 413 所示，用管径 d=75mm 的管道输送重油，已知 1 =883kNm 3 ，运动黏度 v 1 =09cm 2 s，如在管轴线上装水银压差计的毕托管，水银液面高差 h p =20mm，求重油流量。 2 =13338kNm 3 (下标 1 为油，下标 2 为水银)。 （分数：2.00）_31.如图 414 所示，油的流量 Q=77mLs，通过直
13、径 d=6mm 的细管，在 l=2m 长的管段两端装有水银压差计，压差计读数 h p =18cm，已知水银 h =13338kNm 3 ，油的 0 =843kNm 3 ，求油的运动黏度。 （分数：2.00）_32.圆管直径 d=15cm，平均流速 v=15ms，水温 t=18，v=001062cm 2 s，已知沿程阻力系数=003，试求黏性底层厚度。若水流速度提高至 30ms， 0 如何变化?又若流速不变，管径增大到30cm， 0 又如何变化?（分数：2.00）_33.水平管直径 d=100mm，管中装一蝶阀。为测定蝶阀的局部水头损失系数 ，在蝶阀前后设有 U 形水银压差计，如图 415 所示
14、，当管中通过流量 Q=157Ls 时，水银柱高差 h=500mm，设沿程水头损失可以不计，求蝶阀在该开度时的局部水头损失系数。 （分数：2.00）_34.图 416 所示管道出口段长 l=10m，直径 d=01m，通过重度 =9800Nm 3 的流体，流量 Q=002m 3 s。已知 h=02m，h m =01m， H =136，求：(1)管道壁面切应力 ；(2)该管段的沿程水头损失系数 。 （分数：2.00）_35.某灌溉系统的塑料管道，管径 d=50mm，管长 l=5m。已测得 50s 内出口出水量为 200L，管道首末测压管水头差为 05m，求管道糙率 n 和相应的沿程水头损失系数 。（
15、分数：2.00）_36.若要一次测得圆管层流的断面平均流速，试问毕托管应放在距离管轴多远处?（分数：2.00）_37.推求圆管和宽矩形明槽在层流流速分布条件下的动量修正系数 。（分数：2.00）_38.推求指数流速分布条件下的宽矩形明槽的 ，及混合长度 l 的表达式。（分数：2.00）_39.试根据圆管层流中的 公式，水力光滑管中 公式及完全粗糙区的 （分数：2.00）_40.一直径 d=005mm、密度 s =2650kgm 3 的球形沙粒，在 20的静水中匀速下沉，求其沉速。（分数：2.00）_水力学（流动阻力与水头损失）-试卷 1 答案解析(总分：80.00，做题时间：90 分钟)一、单
16、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 0 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_。 ( ) （分数：2.00）A. 0 圆 0 方 0 矩 ，q v 圆 q v 方 q v 矩 B. 0 圆 0 方 0 矩 ，q v 圆 q v 方 q v 矩C. 0 圆 0 方 0 矩 ，q v 圆 q v 方 q v 矩D. 0 圆 0
17、方 0 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.LB.L 1/2 T -1 C.L -1 T 1/2D.无量纲解析：6.如图 48 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
18、的沿程水头损失为_。 ( ) （分数：2.00）A.h fA h fBB.h fA =h fBC.h fA h fB D.尚不能确定大小解析：7.边界层的外边界线可看成是_。 ( )（分数：2.00）A.一条流线B.一条迹线C.有旋流动与有势流动的分界线 D.层流与紊流的分界线解析：二、填空题(总题数：5，分数：10.00)8.填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。（分数：2.00）_解析：9.圆管沿程水头损失系数 的影响因素分别是_。 层流 =f ( ) 紊流光滑区 =f( ) 紊流过渡区 =f( ) 紊流粗糙区 =f( )（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：Re、Re、R
19、e，d、d)解析：10.推导管道突然扩大的局部水头损失系数 公式时的假设条件有：_，_,_.（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：忽略边壁阻力、忽略沿程水头损失、断面压强按静水压强分布、动能修正系数、动量修正系数为 1)解析：11.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_。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：粗糙突出高度被淹没在黏性底层中，管壁粗糙程度对紊流流核的结构基本没有影响)解析：12.紊流型态可分为 3 个流区，其判别标准是：光滑区_，过渡区_，粗糙区_。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：04 l 、6 l 04 l 、6 l )解析：三、计算题(总
20、题数：28，分数：56.00)13.有 3 根直径相同的输水管，直径 d=100mm，通过的流量均为 Q=0015m 3 s，管长均为 l=1000m，各管的当量粗糙度分别为 1 =01mm， 2 =04mm， 3 =3mm，水温为 20，求各管中的沿程水头损失 h f ，水力坡度 J，摩阻流速 u * 和各管中损失的功率。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： t=20，运动黏度 v=100310 -6 m 2 s，平均流速 =191 01100310 -6 =1904301910 5 ，由柯列布鲁克公式试算或查 穆迪图得： 3 =0057 阻力平方区， 2 =003 过渡区， 1 =0
21、0208 过渡区。 沿程水头损失： h f2 = 2 1861=0031861=5583(m)，h f3 =00571861=1061(m) 水力坡度： 摩阻流速： )解析：14.有一梯形断面的渠道，已知：底宽 b=10m，均匀流水深 h=3m，边坡系数 1：1，渠道的粗糙系数(即糙率)n=002，通过的流量 Q=39m 3 s，试求在每公里渠道长度上的水头损失及沿程水头损失系数。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：梯形断面面积 A=h(b+mh)=3(10+13)=39(m 2 ) 这表示每公里长渠道上损失沿程水头 0148m。 )解析：15.如图 43 所示有两个水池。其底部以一水管
22、连通。在恒定的水面差 H 的作用下，水从左水池流人右水池。水管直径 d=500mm，当量粗糙度=06mm，管总长 l=100m，直角进口，闸阀的相对开度为 ，90缓弯管的转弯半径 R=2d，水温为 20，管中流量为 05m 3 s。求两水池水面的高差 H。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：列上、下游水池的能量方程，并忽略水池的流速水头，有： 局部水头损失： 进 =05， 出 =10 )解析：16.设计一给水管道，其直径 d 已定，今就其长度 l 研究和两种方案，第方案比第方案短 25。若水塔的水面高程不变，另因水管都很长，可以不计局部水头损失和流速水头，试就光滑管和完全粗糙管两种流区
23、情况分别推求两种方案的流量比 Q Q 。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：按长管计算， (1)光滑管区时， 所以有 在光滑管区中，当d，H，v 一定时： )解析：17.如图 44 所示用水泵从蓄水池中抽水，蓄水池中的水由自流管从河中引入。自流管长 l 1 =20m，管径d 1 =150mm，吸水管长 l 2 =12m，管径 d 2 =150mm，两管的当量粗糙度均为 06mm，河流水面与水泵进口断面中点的高差 h=20m。自流管的莲蓬头进口，自流管出口入池，吸水管的带底阀的莲蓬头进口以及吸水管的缓弯头的局部水头损失系数依次为 1 =02， 2 =10， 3 =60， 4 =03，水泵进
24、口断面处的最大允许真空高度为 60m 水头。求最大的抽水流量。水温为 20。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：列河流至抽水机进口之间的能量方程： 求 ： 先假定 位于阻力平方区，查 Moody 图或用尼古拉兹公式计算得：=00275 代入数值： )解析：18.有一圆形断面有压隧洞，长 l=200m，通过流量 Q=700m 3 s，如果洞的内壁不加衬砌，其平均直径 d 1 =78m，糙率 n=0033；如果用混凝土衬砌，则直径 d 2 =70m，糙率 n=0014；试问衬砌方案比不衬砌方案沿程水头损失减少多少?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：衬砌方案： d 2 =70m，R
25、2 =d 2 4=175m，n 2 =0014， 不衬砌方案 d 1 =78m，R 1 =195m，n 1 =0033， 用曼宁公式，谢才公式可以推导出：=784n 2 R -1/3 2 =784 (0014) 2 (175) -1/3 =001537 083=001275； 1 =006834 )解析：19.如图 45 所示，某新铸铁管路，当量粗糙度=03mm，管径 d=200mm，通过流量 Q=006m 3 s，管中有一个 90折角弯头，今欲减少其水头损失拟将 90折角弯头换为两个 45折角弯头，或者换为一个缓弯 90角弯头(转弯半径 R=1m)，水温为 20。试求：(1)三种弯头的局部水
26、头损失之比；(2)每个弯头的局部水头损失相当于多长管路的沿程水头损失。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：d 和 Q 不变，所以 3 种弯头的速度水头 相等，局部水头损失取决于局部损失系数 (1)圆管 90折角管， 1 =11，h j1 =1101863=0205(m) 两个 45折角管， 2 =035，h j2 =203501863=013(m) 水头损失之比为：h j1 ：h j2 ：h j3 =11：07：01316 查 Moody 图或用柯列布鲁克公式计算得 =0023，折算成等值沿程水头损失的等值长度用公式 )解析：20.流速由 v 1 变为 v 2 的突然扩大管道，为了减小
27、水头损失，可分为两次扩大，如图 46 所示。问中间段流速 v 取多大时，所产生的局部水头损失最小?若没有采用两次扩大，则一次扩大的水头损失为多少? （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：两次扩大的总局部损失为 要使其最小，则其导数应为 0，即： 两次扩大的总局部损失为： 其中每次的局部损失为： 若不采用两次扩大，则一次扩大的水头损失为：)解析：21.直径 d=1cm 的小球，在静水中以匀速 v=04ms 下沉，水温为 20，试求：(1)小球受的阻力 F；(2)小球的比重 s。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： 根据圆球在水中的均匀沉降速度公式 小球的比重 )解析：22.底宽与水深均
28、为 a 的矩形断面明渠和边长为 a 的正方形管道中通过水流时，假定水力坡度相同，试求它们的边壁切应力之比 1 2 ；再假定沿程水头损失系数 亦相同，求它们的流量之比 Q 1 Q 2 。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：23.如图 4-9 所示，动力黏滞系数为 的液体在宽度为 b 的矩形断面明渠中作层流运动。已知液体深度为h，流速分布方程 u=u 0 1 一(yh) 2 ，式中 u 0 为表面流速。坐标 y 由液面铅直向下。若 、b、u 0 为已知，求： (1)断面平均流速； (2)渠底切应力。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：24.如图 4-10 所示，圆
29、管中的流速分布为 u=u m (1 一 rr 0 ) 1/7 。式中：u m 为管中最大流速；r 0 为管道半径，r 为任一液层处的半径。试计算：(1)断面平均流速 v 与 u m 的比值；(2)点流速恰好等于断面平均流速处的半径 r cp 与 r 0 的比值。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：25.有一圆形断面输水隧洞，长度 L=500m，直径 d=5m。当通过流量 Q=200m 3 s 时，沿程水头损失 h f =758m。求沿程水头损失系数 。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：26.图 4-11 所示为一倾斜放置的等直径输水管道。已知管径 d=200
30、mm，A、B 两点之间的管长 L=2m，比压计液面差h=02m。油的重度 0 =8600Nm 3 。求： (1)A、B 两点之间的沿程水头损失 h f ；(2)A、B 两点的测压管水头差；(3)圆管边壁的切应力 0 ，并绘出圆管断面的切应力分布图。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：27.如图 4-12 所示，管道出口段长 l=2m，d=01m，通过 =1000kgm 3 的流体，流量 Q=002m 3 s，已知 h=18m。求：(1)管道壁面切应力 ；(2)该管段的沿程水头损失系数 。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：28.带有两个 90转弯的管道，直径 d=100mm，长度 l=10m，沿程水头损失系数 =0037，转弯的局部水头损失系数 =029，现取消两弯段，但管长和管段两端的总水头差均不变。问流量能增加百分之几?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：29.在直径 d=32mm 的管路中，流动着液压油，已知流量为 3Ls，油液运动黏度 v=3010 -2 cm 2 s，试确定：(1)流动状态；(2)在此温度下油的临界速度。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：30.如图 413 所示，用管径 d=75mm 的管道输送重油，已知 1 =883kNm 3 ，运动黏度 v 1 =09cm
