题目
流体在管内作完全湍流流动,其他不变,当速度提高到原来的2倍时,阻力损失是原来的________倍;若为层流流动,其他不变,当速度提高到原来的2倍时,阻力损失是原来的________倍。
流体在管内作完全湍流流动,其他不变,当速度提高到原来的2倍时,阻力损失是原来的________倍;若为层流流动,其他不变,当速度提高到原来的2倍时,阻力损失是原来的________倍。
题目解答
答案
4 2
解析
考查要点:本题主要考查流体在圆管中流动时的阻力损失与流速的关系,区分完全湍流和层流两种流动状态下的不同规律。
解题核心思路:
- 完全湍流:摩擦系数$\lambda$视为常数,阻力损失$h_f$与速度平方$v^2$成正比。
- 层流:摩擦系数$\lambda$与速度$v$成反比,阻力损失$h_f$与速度$v$成正比。
破题关键点:
- 完全湍流:$\lambda$与速度无关,直接代入公式$h_f = \frac{\lambda L}{D} \cdot \frac{v^2}{2g}$,速度翻倍时,$h_f$变为原来的$2^2=4$倍。
- 层流:$\lambda = \frac{64}{\text{Re}}$,而$\text{Re} = \frac{\rho v D}{\mu}$,速度翻倍时$\lambda$减半,结合公式$h_f = \frac{\lambda L}{D} \cdot \frac{v^2}{2g}$,最终$h_f$与$v$成正比,变为原来的$2$倍。
完全湍流流动
- 公式关系:阻力损失公式为
$h_f = \frac{\lambda L}{D} \cdot \frac{v^2}{2g}$
其中$\lambda$为摩擦系数,在完全湍流时$\lambda$视为常数。 - 速度变化影响:当速度$v$变为原来的$2$倍时,$v^2$变为$2^2=4$倍,因此阻力损失$h_f$变为原来的4倍。
层流流动
- 摩擦系数公式:层流时摩擦系数$\lambda = \frac{64}{\text{Re}}$,而雷诺数$\text{Re} = \frac{\rho v D}{\mu}$,因此
$\lambda = \frac{64\mu}{\rho v D}.$ - 代入阻力公式:
$h_f = \frac{\lambda L}{D} \cdot \frac{v^2}{2g} = \frac{64\mu L}{\rho D^2} \cdot \frac{v}{2g}.$ - 速度变化影响:当速度$v$变为原来的$2$倍时,$h_f$与$v$成正比,因此阻力损失变为原来的2倍。