题目
水在半径为 R ,长为 L 的管道中做层流,管中心流速为 v ,下面那种情况下可以让水不再做层流?A. 长度 L 微弱增加.B. 减小管道半径为原来的一半.C. 将水换成甘油.D. 水流速度明显增加.
水在半径为 R ,长为 L 的管道中做层流,管中心流速为 v ,下面那种情况下可以让水不再做层流?
A. 长度 L 微弱增加.
B. 减小管道半径为原来的一半.
C. 将水换成甘油.
D. 水流速度明显增加.
题目解答
答案
D. 水流速度明显增加.
解析
本题考查流体做层流的条件以及影响因素,解题的关键在于理解雷诺数与流体是否做层流的关系,并分析各选项对雷诺数的影响。
雷诺数 $Re$ 是判断流体流动状态的一个重要参数,其计算公式为 $Re=\frac{\rho vd}{\eta}$,其中 $\rho$ 是流体密度,$v$ 是流体的平均流速,$d$ 是管道直径,$\eta$ 是流体的黏度。当雷诺数较小时,流体做层流;当雷诺数增大到一定值时,流体将变为湍流(不再做层流)。
下面对每个选项进行分析:
- A选项:长度 $L$ 微弱增加。在雷诺数公式 $Re=\frac{\rho vd}{\eta}$ 中,长度 $L$ 并不在公式内,所以长度 $L$ 的微弱增加不会影响雷诺数 $Re$ 的大小,也就不会使水不再做层流。
- B选项:减小管道半径为原来的一半。设原来管道半径为 $R$,直径 $d = 2R$,减小后半径为 $\frac{R}{2}$,直径变为 $d'=2\times\frac{R}{2}=R$。原来的雷诺数 $Re=\frac{\rho vd}{\eta}=\frac{\rho v\times2R}{\eta}$,变化后的雷诺数 $Re'=\frac{\rho vd'}{\eta}=\frac{\rho v\times R}{\eta}$,$Re'=\frac{1}{2}Re$,雷诺数减小,水更不容易变为湍流,即更会保持层流状态。
- C选项:将水换成甘油。甘油的黏度 $\eta$ 比水的黏度大,在其他条件不变的情况下,根据雷诺数公式 $Re=\frac{\rho vd}{\eta}$,黏度 $\eta$ 增大,雷诺数 $Re$ 减小,水更倾向于做层流。
- D选项:水流速度明显增加。由雷诺数公式 $Re=\frac{\rho vd}{\eta}$ 可知,当水流速度 $v$ 明显增加时,雷诺数 $Re$ 会增大。当雷诺数增大到一定临界值时,水就会从层流变为湍流,即不再做层流。