题目
某流体在圆管中流动,其(Re)=1800,当体积流量减小到原来的1/2时,流经相同直管长度的阻力损失为原来的 ____倍。(填数字)。
某流体在圆管中流动,其$\text{Re}=1800$,当体积流量减小到原来的$1/2$时,流经相同直管长度的阻力损失为原来的 ____倍。(填数字)。
题目解答
答案
根据层流流动特性,$ Re = \frac{4 Q \rho}{\pi D \mu} $,且 $ h_f \propto Re \propto Q $。
当 $ Q' = \frac{1}{2} Q $ 时,$ h_f' = \frac{1}{2} h_f $。
因此,阻力损失为原来的 $ 1/2 $ 倍。
答案:1/2
解析
考查要点:本题主要考查圆管层流流动中阻力损失与体积流量的关系,以及雷诺数的物理意义。
解题核心思路:
- 判断流动状态:题目中给出雷诺数$\text{Re}=1800$,小于临界雷诺数$2000$,因此流动为层流。
- 层流阻力公式:在层流中,阻力损失$h_f$与体积流量$Q$成正比,即$h_f \propto Q$。
- 比例关系推导:当体积流量减半时,阻力损失也减半。
破题关键点:
- 明确层流状态下阻力损失与流量的线性关系,避免混淆湍流中的平方关系($h_f \propto Q^2$)。
步骤1:判断流动状态
雷诺数$\text{Re}=1800 < 2000$,说明流体处于层流状态。
步骤2:建立阻力损失与流量的关系
在层流中,阻力损失公式为:
$h_f = \frac{128 \mu L Q}{\pi D^4 g}$
其中$\mu$为动力粘度,$L$为管长,$D$为管径,$g$为重力加速度。
可见,$h_f$与$Q$成正比,即$h_f \propto Q$。
步骤3:分析流量变化的影响
当体积流量减小到原来的$\frac{1}{2}$时,即$Q' = \frac{1}{2}Q$,阻力损失变为:
$h_f' = \frac{128 \mu L \cdot \frac{1}{2}Q}{\pi D^4 g} = \frac{1}{2}h_f$
因此,阻力损失为原来的$\frac{1}{2}$倍。