A、(A) 谢才系数
B、(B) 雷诺数
C、(C) 相对光滑度
D、(D) 相对粗糙度
答案:B
解析:本题主要考察紊流粗糙区的沿程阻力系数λ的影响因素。
选项A,谢才系数C是一个综合反映水流阻力的系数,它与沿程阻力系数λ有直接关系,因为谢才系数C的表达式中就包含了沿程阻力系数λ(在曼宁公式中,C = R^(1/6) / n,其中n是糙率,与λ有关)。所以,λ与谢才系数C是相关的,故A选项错误。
选项B,雷诺数Re是描述流体流动状态的一个无量纲数,它主要用来区分层流和紊流。在紊流粗糙区,虽然流体的流动状态是紊流,但沿程阻力系数λ主要受相对粗糙度(或相对光滑度,两者是相对的)的影响,而与雷诺数Re的具体值无关。因此,B选项正确。
选项C,虽然题目中提到了“仅与相对光滑度有关”,但这里的“相对光滑度”实际上是与“相对粗糙度”相对应的,是一个相对的概念。在紊流粗糙区,沿程阻力系数λ主要受管道或边界的粗糙度影响,即相对粗糙度越大,沿程阻力系数λ也越大。因此,说λ与“相对光滑度”直接相关是不准确的,它实际上是与“相对粗糙度”相关,故C选项错误。
选项D,相对粗糙度是描述管道或边界粗糙程度的一个无量纲参数,它与沿程阻力系数λ有直接关系。在紊流粗糙区,相对粗糙度是影响沿程阻力系数λ的主要因素之一。因此,D选项错误,因为它错误地认为λ与相对粗糙度无关。
综上所述,正确答案是B。
A、(A) 谢才系数
B、(B) 雷诺数
C、(C) 相对光滑度
D、(D) 相对粗糙度
答案:B
解析:本题主要考察紊流粗糙区的沿程阻力系数λ的影响因素。
选项A,谢才系数C是一个综合反映水流阻力的系数,它与沿程阻力系数λ有直接关系,因为谢才系数C的表达式中就包含了沿程阻力系数λ(在曼宁公式中,C = R^(1/6) / n,其中n是糙率,与λ有关)。所以,λ与谢才系数C是相关的,故A选项错误。
选项B,雷诺数Re是描述流体流动状态的一个无量纲数,它主要用来区分层流和紊流。在紊流粗糙区,虽然流体的流动状态是紊流,但沿程阻力系数λ主要受相对粗糙度(或相对光滑度,两者是相对的)的影响,而与雷诺数Re的具体值无关。因此,B选项正确。
选项C,虽然题目中提到了“仅与相对光滑度有关”,但这里的“相对光滑度”实际上是与“相对粗糙度”相对应的,是一个相对的概念。在紊流粗糙区,沿程阻力系数λ主要受管道或边界的粗糙度影响,即相对粗糙度越大,沿程阻力系数λ也越大。因此,说λ与“相对光滑度”直接相关是不准确的,它实际上是与“相对粗糙度”相关,故C选项错误。
选项D,相对粗糙度是描述管道或边界粗糙程度的一个无量纲参数,它与沿程阻力系数λ有直接关系。在紊流粗糙区,相对粗糙度是影响沿程阻力系数λ的主要因素之一。因此,D选项错误,因为它错误地认为λ与相对粗糙度无关。
综上所述,正确答案是B。
A. (A) 1
B. (B) 1.75
C. (C) 2.0
D. (D)(1.75,2.0)
解析:这道题考察的是紊流光滑区沿程水头损失与断面平均流速的关系,这在水利工程学中是一个基本概念。
选项解析如下:
A. (A)1:这个选项错误。如果沿程水头损失与断面平均流速成正比,那么指数应该是1,但这不符合紊流光滑区的实际情况。
B. (B)1.75:这个选项正确。在紊流光滑区,根据尼古拉斯公式(Nikuradse公式),沿程水头损失与断面平均流速的1.75至2.0次方成正比。在实际应用中,常取平均值1.75作为紊流光滑区的经验值。
C. (D)2.0:这个选项虽然在一定程度上接近实际情况,但在紊流光滑区,更准确的值是1.75。因此,这个选项不完全正确。
D. (D)(1.75,2.0):这个选项描述的是一个范围,虽然包含了正确的答案1.75,但作为一个选择题,需要选择最准确的单一答案,因此这个选项也不合适。
综上所述,正确答案是B(1.75),因为在紊流光滑区,沿程水头损失与断面平均流速的1.75次方成正比。
选择「段落」
可继续追问~
A. (A) 谢才系数
B. (B) 雷诺数
C. (C) 相对光滑度
D. (D) 相对粗糙度
解析:解析如下:
紊流是指流体流动的一种状态,其中流体粒子的运动轨迹极其复杂且不稳定。在不同的流动条件下,紊流的沿程阻力系数λ会受到不同因素的影响。对于紊流光滑区而言,流体流动的表面被认为是完全光滑的,没有显著的突起或凹陷来影响流动。因此,在这种情况下,沿程阻力系数λ主要由雷诺数决定。
选项分析:
A. 谢才系数(Chezy coefficient):这是一个描述水流速度与水力半径及坡度关系的经验系数,并不是直接影响沿程阻力系数的因素。
B. 雷诺数(Reynolds number):这是个无量纲数,用来预测流态是层流还是紊流。在紊流光滑区,沿程阻力系数λ主要取决于雷诺数。
C. 相对光滑度(Relative smoothness):在紊流光滑区内,假设表面足够光滑以至于表面粗糙度不会影响流态,因此与相对光滑度无关。
D. 相对粗糙度(Relative roughness):这是指管道内壁粗糙度相对于层流底层厚度的比例,在紊流粗糙区才会显著影响沿程阻力系数λ,但在光滑区内,粗糙度的影响可以忽略。
综上所述,正确答案为 B. 雷诺数。因为在紊流光滑区中,沿程阻力系数λ仅与雷诺数相关,而与管道壁面的相对光滑度无关。
A. (A) 1
B. (B) 1.75
C. (C) 2.0
D. (D)(1.75,2.0)
解析:本题主要考察紊流过渡粗糙区沿程水头损失与断面平均流速之间的关系。
在紊流流动中,沿程水头损失与流速的关系取决于流动区域(光滑区、过渡粗糙区、粗糙区)和管道或边界的粗糙程度。对于紊流过渡粗糙区,沿程水头损失h
f
与断面平均流速v之间的关系通常表示为:
h
f
=λ
d
l
2g
v
2
其中,λ是沿程阻力系数,它取决于雷诺数Re和相对粗糙度
d
Δ
(其中Δ是边界的粗糙高度,d是管道直径或特征长度)。在过渡粗糙区,λ与Re和
d
Δ
的关系较为复杂,但通常可以观察到,随着流速的增加,λ值会先减小后增大,但在这个区域内,它并不保持常数。
重要的是要理解,在过渡粗糙区,沿程水头损失与流速的关系并不是简单的平方关系(即v
2
),因为λ是变化的。然而,为了简化问题,我们可以说在这个区域内,沿程水头损失与流速的幂次方成正比,且这个幂次方大致在1.75到2.0之间。这反映了过渡粗糙区内流动特性的复杂性。
现在我们来分析选项:
A选项(1):这个选项忽略了过渡粗糙区内λ的变化,且低估了沿程水头损失与流速之间的关系。
B选项(1.75):虽然这个值在过渡粗糙区内可能出现的幂次方范围内,但它忽略了该范围内可能存在的变化。
C选项(2.0):这个选项对应于完全粗糙区的典型情况,但在过渡粗糙区内并不总是成立。
D选项(1.75,2.0):这个选项正确地指出了在过渡粗糙区内,沿程水头损失与流速的幂次方关系可能在这个范围内变化。
因此,正确答案是D选项(1.75,2.0)。
A. (A) 谢才系数
B. (B) 雷诺数
C. (C) 相对光滑度
D. (D) 相对粗糙度
解析:在紊流过渡粗糙区的沿程阻力系数λ的问题中,各个选项解析如下:
A. 谢才系数:谢才系数(Chezy coefficient)是明渠流中的一个系数,用于计算平均流速,但它与沿程阻力系数λ无直接关系。
B. 雷诺数:雷诺数(Reynolds number)是流体力学中表征流体流动状态的无量纲数值,它描述了流体的惯性力与粘性力的比值。在紊流过渡粗糙区,雷诺数是影响沿程阻力系数λ的重要因素之一,因为雷诺数决定了流体的紊流程度,从而影响摩擦阻力。
C. 相对光滑度:这个选项表述有误,因为题目中已经提到“与相对光滑度有关”,所以这个选项与题目重复,不是正确答案。
D. 相对粗糙度:相对粗糙度(Relative roughness)是指管道或渠道壁面的粗糙程度与水力半径的比值。虽然相对粗糙度在决定沿程阻力系数时确实很重要,但在紊流过渡粗糙区,雷诺数依然是决定性因素,因为它影响流动从层流到紊流的转变。
正确答案是B(雷诺数),因为在紊流过渡粗糙区,雷诺数决定了流体的流动状态(层流或紊流),进而影响沿程阻力系数λ的大小。尽管相对粗糙度也对阻力系数有影响,但在过渡粗糙区,雷诺数是判断流体特性的首要参数。
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A. (A) 1
B. (B) (1.75,2.0)
C. (C) 1.75
D. (D) 2.0
解析:解析这一题需要理解紊流状态下均匀流的沿程水头损失与流速之间的关系。在实际的水利工程中,流体在管道或开放渠道中的流动通常处于紊流状态,此时的沿程阻力系数与雷诺数有关,并且随着雷诺数的变化,阻力系数会经历不同的变化规律。
根据尼古拉兹实验以及后续的研究,对于商业粗糙度的管道,在紊流状态下(尤其是完全粗糙区),沿程水头损失hf通常与平均流速v的平方成正比,即hf ∝ v^2。然而,在紊流过渡区(部分粗糙区),沿程损失与流速的关系可能介于线性关系(hf ∝ v^1)与平方关系(hf ∝ v^2)之间。
选项分析如下:
A. 1:这是层流的情况,对于紊流并不适用。
B. (1.75, 2.0):这个范围涵盖了从紊流光滑区到混合区再到完全粗糙区的变化情况,因此是一个合理的描述。
C. 1.75:这是紊流过渡区的一个经验值,但并不是所有情况都适用。
D. 2.0:这是紊流完全粗糙区的情况,对于所有紊流情况来说过于绝对。
正确答案是 B,因为对于紊流,特别是当流体从光滑区进入粗糙区时,沿程水头损失与流速的关系不是一个固定的指数,而是介于大约1.75到2.0之间的一个变化值。这反映了不同粗糙程度下的管道对于沿程损失的影响差异。
A. (A) 瞬时流速
B. (B) 时均流速
C. (C) 脉动流速
D. (D) 紊动强度
解析:这道题目考察的是紊流中液体质点流速的概念。我们来逐一分析各个选项及其与题目描述的匹配度:
A. 瞬时流速:这是指紊流中某一瞬时液体质点的流动速度。紊流是一种复杂的流体运动,其中各质点的运动速度和方向随时间不断变化。因此,“瞬时流速”正是指这种在某一具体时间点上的质点流速,与题目描述完全吻合。
B. 时均流速:时均流速是对紊流中某一质点流速在一段时间内的平均值。它描述的是质点运动速度的平均状态,而非某一瞬时的速度,因此与题目要求的“某一瞬时”的流速不符。
C. 脉动流速:脉动流速是紊流中某一质点实际流速与其时均流速之差。它反映了流速的波动程度,但并非直接指代某一瞬时的流速,所以也不是本题的正确答案。
D. 紊动强度:紊动强度是描述紊流流动特性的一个物理量,通常与流速的脉动程度或紊流的能量耗散率有关,但并不直接代表某一瞬时的流速。
综上所述,只有“瞬时流速”准确描述了紊流中某一瞬时液体质点的流动速度,因此正确答案是A。
A. (A) 和
B. (B) 差
C. (C) 积
D. (D) 商
解析:这道题考察的是紊流(湍流)运动的基本概念。
选项解析如下: A. 和 - 这个选项意味着紊流中任意点的运动要素的瞬时值是时均值与脉动值之和。 B. 差 - 这个选项意味着瞬时值是时均值减去脉动值。 C. 积 - 这个选项意味着瞬时值是时均值与脉动值的乘积。 D. 商 - 这个选项意味着瞬时值是时均值除以脉动值。
为什么选择A: 在紊流理论中,紊流中的任何运动要素(如速度、压力等)都可以分解为时间平均部分(时均值)和围绕这个平均值的随机波动部分(脉动值)。瞬时值是指在某一特定时刻的实际测量值,它等于时间平均值和在该时刻的脉动值之和。因此,正确答案是A(和)。
数学上,这种关系可以表示为:
瞬时值
=
时均值
+
脉动值
瞬时值=时均值+脉动值
所以,根据紊流的基本定义和特性,正确答案是A。
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A. (A) 粘滞切应力
B. (B) 附加切应力
C. (C) 正应力
D. (D) 剪应力
解析:解析如下:
题目考察的是紊流状态下管道或开放渠道中水流的阻力特性。在紊流状态中,流体流动不仅有层流中的粘性作用,还有由于流体质点脉动造成的动量交换。随着雷诺数的增加,流动从过渡区进入完全紊流区(也称为阻力平方区),此时流体流动的摩擦系数几乎与雷诺数无关,而主要由相对粗糙度决定。
选项分析:
A. 粘滞切应力:这是由于流体分子间的内摩擦产生的,它在层流中占主导地位,但在完全发展的紊流中其贡献相对较小。
B. 附加切应力:这是由于流体质点随机脉动导致的动量交换产生的。在紊流阻力平方区,这种由流体质点间相互碰撞和混合引起的动量传递是造成水力阻力的主要因素。
C. 正应力:正应力通常指的是流体静压强,与流动方向垂直,在本题情境下并不直接关联到流动阻力。
D. 剪应力:虽然剪应力也是影响流动的重要因素之一,但它包括了粘滞切应力和附加切应力两部分,在紊流阻力平方区主要是后者起作用。
因此,正确答案是 B,即在紊流阻力平方区时,水力阻力主要是由附加切应力造成的。
A. (A) 恒定流
B. (B) 非恒定流
C. (C) 均匀流
D. (D) 非均匀流
解析:解析这道题目时,我们首先要明确题目中涉及的几个流体力学概念:紊流、恒定流、非恒定流、均匀流和非均匀流。
A. 恒定流:指流场中各水力要素(如流速、压强、密度等)不随时间变化的流动。紊流可以是恒定的,也可以是非恒定的,因此,仅用“恒定流”来描述紊流是不准确的。
B. 非恒定流:指流场中各水力要素随时间发生变化的流动。紊流,尤其是自然环境中的水流,如水渠、河流、湖泊等中的水流,通常都会受到多种外部因素(如风、降雨、潮汐等)的影响,从而导致其水力要素随时间发生变化。因此,紊流更常表现为非恒定流。
C. 均匀流:指在同一流线上不同点上的流速相等,且流速的大小和方向沿程不变的流动。紊流的特点是水流中各质点的速度大小和方向都在不断变化,与均匀流的定义相悖。
D. 非均匀流:指在同一流线上不同点上的流速不相等,或流速的大小和方向沿程发生变化的流动。虽然紊流确实是非均匀的,但题目询问的是紊流的本质属性,而“非均匀流”是一个相对宽泛的描述,不如“非恒定流”直接指出紊流随时间变化的特点。
综上所述,紊流最本质的特点是其水力要素随时间发生变化,即它属于非恒定流。因此,正确答案是B选项。
A. (A) 直线
B. (B) 抛物线
C. (C) 指数曲线
D. (D) 对数曲线
解析:在水利学中,圆管内的流体流动状态分为层流和湍流。对于圆管均匀层流,其流速分布可以根据尼古拉斯定理(Hagen-Poiseuille Law)得出。
选项解析如下:
A. 直线:如果流速分布是直线,那么这意味着在圆管横截面上各点的流速是相同的,这不符合层流流速分布的特点。
B. 抛物线:根据尼古拉斯定理,在均匀层流条件下,圆管横截面上的流速分布呈抛物线形状,中心流速最大,向管壁方向流速逐渐减小,直至在管壁处流速为零。
C. 指数曲线:指数曲线通常用来描述湍流流速分布,其中流速会随着距离管壁的距离减小而迅速增加,并不适用于描述均匀层流的流速分布。
D. 对数曲线:对数流速分布适用于描述充分发展的湍流,而不是层流。在湍流情况下,靠近管壁的区域流速增加,并最终趋于平稳,这种分布用对数曲线来描述。
因此,正确答案是B(抛物线),因为在均匀层流条件下,圆管内的流速分布符合尼古拉斯定理,呈现出抛物线形状。
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