输送流体的水平管道,长度及管径不变,在层流流态,欲使流量增加一倍,Q_2=2Q_1,两端的压强差Delta P_2/Delta P_1应增大为( )。A. sqrt(2)B. (4)/(sqrt(2))C. 2D. 4
A. $\sqrt{2}$
B. $\frac{4}{\sqrt{2}}$
C. 2
D. 4
题目解答
答案
解析
本题考查流体在水平管道中层流流动时流量与压强差的关系,解题思路是先明确层流状态下流量与压强差的理论公式,再根据已知条件计算流量变化前后压强差的比值。
步骤一:明确层流状态下流量与压强差的关系
对于在水平管道中作层流流动的流体,其流量公式为:
$Q = \frac{\pi d^4 \Delta P}{128 \mu L}$
其中,$Q$ 为流量,$d$ 为管径,$\Delta P$ 为管道两端的压强差,$\mu$ 为流体的动力黏度,$L$ 为管道长度。
步骤二:分别列出流量变化前后的流量表达式
设初始流量为 $Q_1$,对应的压强差为 $\Delta P_1$,则有:
$Q_1 = \frac{\pi d^4 \Delta P_1}{128 \mu L}$
流量增加一倍后变为 $Q_2 = 2Q_1$,对应的压强差为 $\Delta P_2$,则有:
$Q_2 = \frac{\pi d^4 \Delta P_2}{128 \mu L}$
步骤三:计算压强差的比值
将 $Q_2 = 2Q_1$ 代入上述两式,可得:
$\frac{\pi d^4 \Delta P_2}{128 \mu L} = 2\times\frac{\pi d^4 \Delta P_1}{128 \mu L}$
由于管道长度 $L$、管径 $d$ 以及流体的动力黏度 $\mu$ 均不变,等式两边的 $\frac{\pi d^4}{128 \mu L}$ 可以约去,得到:
$\Delta P_2 = 2\Delta P_1$
两边同时除以 $\Delta P_1$,可得:
$\frac{\Delta P_2}{\Delta P_1} = 2$