单选题
水在内径一定的圆管中稳定流动,若水的的质量流量一定,当水温度升高时,Re将
A
增大
B
减小
C
不变
D
不确定
答案解析
正确答案:A
解析:
这是一道关于流体力学中雷诺数(Reynolds number, $Re$)变化规律的题目。以下是详细的解析:
### 1. 雷诺数的定义公式
雷诺数用于判断流体的流动状态(层流或湍流),其计算公式为:
$$ Re = \frac{\rho u d}{\mu} $$
其中:
* $\rho$:流体密度 ($kg/m^3$)
* $u$:流体流速 ($m/s$)
* $d$:管道内径 ($m$)
* $\mu$:流体动力粘度 ($Pa \cdot s$ 或 $kg/(m \cdot s)$)
### 2. 结合质量流量进行分析
题目中给出的条件是**质量流量 ($q_m$) 一定**,且**管内径 ($d$) 一定**。
质量流量的计算公式为:
$$ q_m = \rho u A = \rho u \left( \frac{\pi d^2}{4} \right) $$
由此可以推导出 $\rho u$ 的表达式:
$$ \rho u = \frac{4 q_m}{\pi d^2} $$
将 $\rho u$ 代入雷诺数公式中,可以将 $Re$ 表示为仅与质量流量、管径和粘度有关的函数:
$$ Re = \frac{(\rho u) d}{\mu} = \frac{\left( \frac{4 q_m}{\pi d^2} \right) d}{\mu} = \frac{4 q_m}{\pi d \mu} $$
### 3. 分析温度对参数的影响
根据上述推导出的公式 $Re = \frac{4 q_m}{\pi d \mu}$:
* $4$、$\pi$ 是常数。
* $q_m$(质量流量)题目给定不变。
* $d$(管径)题目给定不变。
* 因此,**$Re$ 与动力粘度 $\mu$ 成反比**。
对于**液体(如水)**而言,其物理性质随温度的变化规律是:
* 当温度**升高**时,分子间作用力减弱,导致**动力粘度 $\mu$ 显著减小**。
* *注:虽然水的密度 $\rho$ 也会随温度升高而略微减小,但在雷诺数的原始定义或简化推导中,粘度的变化起主导作用。特别是在使用质量流量恒定的推导式 $Re \propto \frac{1}{\mu}$ 时,密度的影响已被包含在质量流量的恒定条件中抵消,主要变量仅为粘度。*
### 4. 结论
* 水温升高 $\rightarrow$ 动力粘度 $\mu$ 减小。
* 因为 $Re \propto \frac{1}{\mu}$,分母减小,所以 **$Re$ 增大**。
故正确答案为 **A. 增大**。
相关知识点:
水温升,水流量Re增大
题目纠错
化工总控工理论题库
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