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首届化工总控工竞赛题库2021.06
950
单选题

105、一管路由φ108×4mm和φ57×3.5mm的钢管连接而成,若水在管内作稳定流动时,在小管内的流速为3m/s,则它在大管内的流速为()m/s。

A
2
B
6
C
0.75
D
1.5

答案解析

正确答案:C

解析:


好的,让我们一起来分析这道流体力学题目。

首先,这道题考察的是流体力学中的连续性方程。连续性方程表明,在流体稳定流动的情况下,流过任意截面的流量是恒定的。流量可以用流速乘以截面积来表示。

题目中给出了两个不同直径的钢管,小管的直径是φ57×3.5mm,大管的直径是φ108×4mm。小管内的流速是3m/s。我们需要计算大管内的流速。

我们可以这样联想:想象一下水流从一个窄管流向一个宽管,水流的速度会发生变化,但流过的水量(流量)保持不变。

现在,让我们用数学公式来表示这个过程:

流量(Q)= 流速(v)× 截面积(A)

对于小管,流量 Q1 = v1 × A1,其中 v1 = 3m/s,A1 是小管的截面积。

对于大管,流量 Q2 = v2 × A2,其中 v2 是我们要找的流速,A2 是大管的截面积。

由于流量在两个截面上是相等的,我们可以写出等式:

v1 × A1 = v2 × A2

现在我们需要计算大管的截面积 A2。截面积是圆的面积,公式是 A = πr²,其中 r 是半径。由于题目给出的是直径,我们需要先将其除以2来得到半径。

小管的半径 r1 = 57mm / 2 = 28.5mm = 0.0285m
大管的半径 r2 = 108mm / 2 = 54mm = 0.054m

现在我们可以计算截面积:

A1 = π × (0.0285m)² ≈ 0.00254m²
A2 = π × (0.054m)² ≈ 0.00925m²

将这些值代入连续性方程中:

3m/s × 0.00254m² = v2 × 0.00925m²

现在解这个方程找到 v2:

v2 = (3m/s × 0.00254m²) / 0.00925m²
v2 ≈ 0.75m/s

所以,大管内的流速大约是0.75m/s。答案是C。这是一个典型的流体力学问题,通过理解连续性方程和截面积的计算,我们可以轻松解决类似的问题。
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