题目
血液在直径1.0 times 10^-2 m的动脉血管中流动,血流的平均流速为4.5 times 10^-2 m cdot s^-1,设血液的密度为1.05 times 10^3 kg cdot m^-3,粘度为4.0 times 10^-3 Pa cdot s,则血液在该动脉血管中的流动状态是()A. 湍流B. 层流C. 不能确定D. 过渡流动
血液在直径$1.0 \times 10^{-2} m$的动脉血管中流动,血流的平均流速为$4.5 \times 10^{-2} m \cdot s^{-1}$,设血液的密度为$1.05 \times 10^{3} kg \cdot m^{-3}$,粘度为$4.0 \times 10^{-3} Pa \cdot s$,则血液在该动脉血管中的流动状态是()
A. 湍流
B. 层流
C. 不能确定
D. 过渡流动
题目解答
答案
B. 层流
解析
本题考查流体流动状态的判断,解题思路是通过计算雷诺数$Re$,再根据雷诺数的大小来确定血液在动脉血管中的流动状态。
雷诺数$Re$的计算公式为:$Re = \frac{\rho vd}{\eta}$,其中$\rho$是流体的密度,$v$是流体的平均流速,$d$是管道的直径,$\eta$是流体的粘度。
下面我们来逐步计算雷诺数:
- 明确题目所给数据:
- 血液的密度$\rho = 1.05\times 10^{3} kg\cdot m^{-3}$;
- 血流的平均流速$v = 4.5\times 10^{-2} m\cdot s^{-1}$;
- 动脉血管的直径$d = 1.0\times 10^{-2} m$;
- 血液的粘度$\eta = 4.0\times 10^{-3} Pa\cdot s$。
- 将数据代入雷诺数公式进行计算:
$\begin{align*}Re&=\frac{\rho vd}{\eta}\\&=\frac{1.05\times 10^{3} kg\cdot m^{-3} \times 4.5\times 10^{-2} m\cdot s^{-1} \times 1.0\times 10^{-2} m}{4.0\times 10^{-3} Pa\cdot s}\\&=\frac{1.05\times 4.5\times 1.0\times 10^{3 - 2 - 2}}{4.0\times 10^{-3}}\\&=\frac{4.725\times 10^{-1}}{4.0\times 10^{-3}}\\&=\frac{4.725}{4.0}\times 10^{-1 - (-3)}\\&= 1.18125\times 10^{2}\\&= 118.125\end{align*}$ - 根据雷诺数判断流动状态:
- 当$Re < 1000$时,流体流动为层流;
- 当$Re > 1500$时,流体流动为湍流;
- 当$1000 < Re < 1500$时,流体流动处于过渡状态。
由于计算得到的雷诺数$Re = 118.125 < 1000$,所以血液在该动脉血管中的流动状态是层流。