《冶金传输原理》期末复习试题及答案3B黏性流体管内流动

备

考核方式闭卷考试草纸一张、允许带计算器

注

六

题号—-一匚四五七八九十总分

分数20103040

得分

黏性流体管内流动

得分阅卷人

一、单选题（每题2分，共计20分）

1.下列关于流体切应力的表述中，正确的为（）o

A.层流的切应力取决于流体微团在流层间跃移的状态

B.紊流切应力的时均值只与时均流速梯度有关

C.无论是层流还是紊流，其切应力均与流速分布有关

D.A、B、C、均不正确

2.根据尼古拉兹实验成果知，紊流过渡区的沿程阻力系数2与（）有关。

A.ReB.A/dC.Re,MdD.Re,Fr,Md

3.当流动处于（）时,其沿程水头损加“八75。

A.层流区B.紊流光滑区C.紊流过渡区D.紊流粗

糙区

4.对于圆管均匀流，其管壁切应力T0=（)o

.A

A.—pvB.-v2D.

88c榆

5.圆管层流的断面流速为（）分布。

A.线性B.旋转抛物面C.双曲面D.对数

曲面

6.黏性底层的厚度而随着（）的增加而增加。

A.沿程阻力系数AB.断面平均流速vC.雷诺数ReD.\!Re

7.工业管道的沿程阻力系数九在紊流过渡区随着雷诺数Re的增加而（）o

A.增加B.保持不变C.减少D.趋于0.5

8.层流与紊流的动能修正系数之比a层流/a索流（）lo

A.<B.=C.>D.〜

9.已知如图所示排水管的断面平均流速v=2.0m/s,则管道出水口的局部水头损失

hj=（）m。

------S―

A.0.102B.0.204C.0.306D.0.408

10.边界层是指壁面附近（）的薄层。

A.流速很大B.流速梯度很大C.黏性影响很小D.绕流阻力很小

得分阅卷人

二、判断题，对的打。、错的打X（每题2.5分，共计10分）

1.若流动的沿程水头损失小a1^75,则该流动必处于紊流粗糙区。（）

2.同一管道的层流底层厚度也随着雷诺数Re的增加而增厚。（）

3.工业管道的沿程阻力系数2在紊流过渡区随着雷诺数Re增加而增加。（）

4.如图所示管流流入水池，已知管流流速u=3.5m居，则管道出口后的局部水头损

2__________鼻_______

失a=0.5二=0.3125m。（）

得分阅卷人

三、问答题（每题10分，共计30分）

1.简述层流与紊流。

2.简述水力光滑管和水力粗糙管。

3.简述黏性流体绕流物体时产生阻力的原因。如何减小阻力？

得分阅卷人

四、计算题(每题10分，共计4()分)

1.用一条长/=12m的管道将油箱内的油送至车间。油的运动黏性系数为片4x10-

5m2/s,设计流量为Q=2xl(y5m3/s,油箱的液面与管道出口的高差为仁1.5m,试

求管径d。

2.用如图所示的U形压差计测量弯管的局部水头损失系数Q已知管径占0.25

m,水流量。=0.04m3/s,U形管的工作液体是四氯化碳，密度为“=1600kg/nr*

U形管左右两侧液面高差A6=70mm,求

3.有一条虹吸管，如图所示,己知/产条m,〃=35m,Hi=2.5m,“2=3m沿程水

头损失系数2=0.024,局部水头损失系数。.8.5,R=3设计流量Q=().016n?/s,试

求直径”的值以及虹吸管最高处的真空压强是多少。

4.考虑黏性管流。（1）黏性流体在管道半径为R的无限长圆管中作定常流动，试

求速度分布；（2）黏性流体在半径分别为a和的管壁之间的环形管中作定

常流动，求速度分布。

一、单选题（每题2分，共计20分）

11.C12.C13.B14.A15.B16.D17.C18.C19.B20,B

二、判断题，对的打人错的打X（每题2.5分，共计10分）

1.X2.X3.X4.X

三、问答题（每题10分，共计3（）分）

1.答：①层流：流体质点平行向前推进，分层之间无掺混。主要以黏性力为主，

表现为质点的摩擦和变形。②紊流：单个流体质点无规则的运动，不断掺混、碰

撞，整体以平均速度向前推进。主要以惯性力为主，表现为质点的撞击和掺混。

2.答：流动状态为紊流时，其边界层存在层流底层，该层的厚度b极小，只有毫

米级的尺度，实际管道内壁面的峰与谷间的平均距离称为管壁绝对粗糙度以

若后,管壁绝对粗糙度£完全淹没在层流底层5中，因此£对紊流核心的

影响很小，管道中这种流动称为水力光滑C

若火£,管壁绝对粗糙度£完全暴露在层流底层5之外，具有一定速度的流

体质点对壁面凸出部位产生冲击，该部分得流体因此产生激烈的速度改变，管道

中的这种流动称为水力粗糙。

3.答：①原因主要在于，阻力有两部分，一部分是由于黏性产生切应力形成的摩

擦阻力，另一部分是由于边界层分离产生压强差形成的压差阻力。②减小阻力是

把物体作为流线型，使分离点后移，甚至不发生分离，可减小绕流阻力。

四、计算题（每题10分，共计40分）

/v2

1.解：力=4------

d2g

设油的流动状态为层流，2=64/Re,则

Vdd2gdd2g

由于V=Q/A,A=716^/4,因此

dd2gnd

将力，v,/,。的值代入上式，算得

<7=0.01413m

现计算雷诺数:

£40/(兀/)=0.1275m/s

Re=Vd/v=45

油的流动状态确实是层流，因此，管径占14m

2.解：列出截面1和2的伯努利方程:

P.V2P,V2.

z.+—L+—=2,++—+h-

Pg2g'pg2g

这里我们将沿程水头损失略去不计，两截面的流速相同，故

pg

不妨设截面2与右边匹氯化碳液面的高程差为〃，并认为两截面都处在缓变流中,

因而

Pi+Qg(4-z2+〃+△〃)=p2+pgh+p，gAh

1\

/？lP

2,-z2+--=--1A/?=0.042m

PgVP7

由于V=QZ4=0.8149m/s,因而

7=1.2405

3.解：对于题中图示的水流，两水池的流速极小，可以略去，因此

H\=义一7^+<1+<2—

Vd）2g

VM0W）,将已知数据代入上式，化简得

118141户11.541.56=0

令x=10d,则

於）=1.18A0-1.15X-1.56=0

用牛顿迭代法求方程的根，有

/（/）

x二%一

尸（与）

/^）=5.9?-1.15

设初值加=1,几次迭代后得产1.200341,因此

d=OA2m

对左水池的水面和虹吸管最高处应用伯努利方程，有

区=”,+上+/珪+。+1］土

Pg夕gId)2g

V=*=1.4147m/s

nd2

n-n(I\V2

=++l—=4.5818m

PR\d12g

p-p=44929Pa

4.解:采用圆往坐标.径向速度和切向速度都为零。由连续性方程看出，轴向速度。

不含变量x,由于轴对称，所有流动参数与周向角无关，因此，不计重力影响，

运动方程式化为

0二」曳

por

.0」迎

prdO

1d1dp

rdrVdrJ〃ox

由第一、第二方程看出，〃不是厂和。的函数。于是它只能是工的函数。由第三

个方程看出，左边是厂的函数，右边是x