题目
流体在圆形直管中流动,若管径一定而将流量增大一倍,则完全湍流时能量损失是原来的( )倍。A. 1B. 2C. 4D. 8
流体在圆形直管中流动,若管径一定而将流量增大一倍,则完全湍流时能量损失是原来的( )倍。
A. 1
B. 2
C. 4
D. 8
题目解答
答案
C. 4
解析
关键知识点:本题考察完全湍流状态下能量损失与流量的关系,需结合达西方程和流量公式进行分析。
解题核心思路:
- 完全湍流特性:摩擦系数$f$为常数,能量损失与流速平方成正比。
- 流量与流速关系:流量$Q$与流速$v$成正比(管径$D$固定)。
- 能量损失公式:$h_f = \frac{f L}{D} \cdot \frac{v^2}{2g}$,推导能量损失随流量变化的倍数关系。
步骤1:明确能量损失公式
在完全湍流中,能量损失(单位质量流体)为:
$h_f = \frac{f L}{D} \cdot \frac{v^2}{2g}$
其中$f$为常数,$L$、$D$固定,故$h_f \propto v^2$。
步骤2:流量与流速关系
流量$Q = v \cdot A$,管径$D$固定时,截面积$A = \frac{\pi D^2}{4}$为定值,因此:
$Q \propto v \quad \Rightarrow \quad v \propto Q$
步骤3:能量损失随流量变化
当流量增大一倍($Q' = 2Q$),流速变为$v' = 2v$。代入能量损失公式:
$h_f' \propto (v')^2 = (2v)^2 = 4v^2 \quad \Rightarrow \quad h_f' = 4h_f$