题目
9.在实验室中,用内径为1.5 cm 的玻璃管路输送 20 ℃的 70%醋酸。已知质量流量为10 kg/min 。试分别用用 SI 和厘米克秒单位计算该流动的雷诺数,并指出流动型态。
9.在实验室中,用内径为1.5 cm 的玻璃管路输送 20 ℃的 70%醋酸。已知质量流量为10 kg/min 。试分别用用 SI 和厘米克秒单位计算该流动的雷诺数,并指出流动型态。
题目解答
答案
解:( 1)用 SI 单位计算查附录 70%醋酸在 20 ℃时,1069kgm3 ,2.50103Pasub1060π40.01521069ms0.882msRedub.00150.88210692.51035657故为湍流。(2)用物理单位计算d1.5cm,ub88.2cms
解析
考查要点:本题主要考查雷诺数的计算及流动型态的判断,涉及单位制转换和流体力学基本公式的应用。
解题核心思路:
- 确定雷诺数公式:$Re = \frac{d \cdot u \cdot \rho}{\mu}$,其中$d$为管径,$u$为流速,$\rho$为密度,$\mu$为动力粘度。
- 利用质量流量求流速:通过公式$u = \frac{4\dot{m}}{\pi d^2 \rho}$,将质量流量$\dot{m}$转换为体积流量,再计算流速。
- 物性参数查取:根据题目条件查取醋酸的密度和粘度。
- 单位制转换:分别用SI单位和厘米克秒单位进行计算,注意单位统一。
破题关键点:
- 单位转换的准确性:质量流量、管径、物性参数的单位需分别转换为SI和cgs单位。
- 雷诺数临界值判断:当$Re > 2000$时为湍流,反之为层流。
步骤1:确定已知条件与公式
- 管径:$d = 1.5 \, \text{cm} = 0.015 \, \text{m}$(SI单位)或$d = 1.5 \, \text{cm}$(cgs单位)。
- 质量流量:$\dot{m} = 10 \, \text{kg/min} = \frac{10}{60} \, \text{kg/s} \approx 0.1667 \, \text{kg/s}$(SI单位)或$\dot{m} = 10 \, \text{kg/min} = \frac{10 \times 1000}{60} \, \text{g/s} \approx 166.67 \, \text{g/s}$(cgs单位)。
- 物性参数:查得醋酸密度$\rho = 1069 \, \text{kg/m}^3 = 1.069 \, \text{g/cm}^3$,粘度$\mu = 2.50 \times 10^{-3} \, \text{Pa·s} = 0.025 \, \text{poise}$。
步骤2:计算流速$u$
公式:$u = \frac{4\dot{m}}{\pi d^2 \rho}$
- SI单位:
$u = \frac{4 \times 0.1667}{\pi \times (0.015)^2 \times 1069} \approx 0.882 \, \text{m/s}$ - cgs单位:
$u = \frac{4 \times 166.67}{\pi \times (1.5)^2 \times 1.069} \approx 88.2 \, \text{cm/s}$
步骤3:计算雷诺数$Re$
公式:$Re = \frac{d \cdot u \cdot \rho}{\mu}$
- SI单位:
$Re = \frac{0.015 \times 0.882 \times 1069}{2.50 \times 10^{-3}} \approx 5648$ - cgs单位:
$Re = \frac{1.5 \times 88.2 \times 1.069}{0.025} \approx 5648$
步骤4:判断流动型态
$Re > 2000$,故流动为湍流。