题目
牛顿流体在半径减半的水平流管中流动,其流量为原来的(A. 1/16B. 1/8C. 1/4D. 1/2E. 1/3
牛顿流体在半径减半的水平流管中流动,其流量为原来的(
A. 1/16
B. 1/8
C. 1/4
D. 1/2
E. 1/3
题目解答
答案
A. 1/16
解析
本题考查泊肃叶定律(Poiseuille's Law)的应用,核心在于理解流量与管道半径的四次方关系。当管道半径减半时,需明确流量变化的倍数关系,避免混淆其他公式(如连续性方程)中的面积与速度关系。
根据泊肃叶定律,牛顿流体在水平流管中的流量公式为:
$Q = \frac{\pi \Delta P r^4}{8 \eta L}$
其中:
- $Q$ 为流量,
- $\Delta P$ 为压强差,
- $r$ 为管道半径,
- $\eta$ 为流体粘度,
- $L$ 为管道长度。
关键推导:
- 流量与半径的四次方成正比:$Q \propto r^4$。
- 当半径减半($r' = \frac{r}{2}$),新流量为:
$Q' = \frac{\pi \Delta P \left(\frac{r}{2}\right)^4}{8 \eta L} = \frac{\pi \Delta P r^4}{8 \eta L} \cdot \left(\frac{1}{2}\right)^4 = Q \cdot \frac{1}{16}$
因此,流量变为原来的 $\frac{1}{16}$。