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申报临沂市水利工程工程师试题集20220
2,730
单选题

71.圆管均匀层流的流速分布为[]。

A
 直线
B
 抛物线
C
 指数曲线
D
 对数曲线

答案解析

正确答案:B

解析:

当然,我很乐意帮助你理解这个问题!我们要解决的是关于圆管内均匀层流的流速分布问题。让我们详细分析一下这个题目和相关的流体力学知识。
### 题目解析
题目中提到的是“圆管均匀层流的流速分布”。在流体力学中,层流指的是流体流动的状态,其中流体的各层相互平行,不会发生混合或湍流。在这种情况下,我们可以用一些经典的公式和理论来描述流速分布。
#### 圆管内流体流速分布的解析
1. **流速分布的基础理论**:
- 对于圆管内的均匀层流,流速分布是受到管壁摩擦力和流体粘性的影响的。
- 在这种流动状态下,流体的流速在管道中心处是最大的,而在靠近管壁的地方流速会减小。这种分布是由管道的几何形状以及流体的粘性决定的。
2. **流速分布的数学描述**:
- 根据流体力学中的Navier-Stokes方程,可以推导出在圆管中的层流流速分布是一个抛物线形状。这是因为流体的粘性造成了在管道中心流速最高,而在靠近管壁的地方流速逐渐降低。
- 具体来说,流速 \( v \) 可以表示为:
\[
v(r) = V_{\text{max}} \left(1 - \frac{r^2}{R^2}\right)
\]
其中 \( V_{\text{max}} \) 是管道中心的最大流速,\( r \) 是离管道中心的距离,\( R \) 是管道的半径。这个公式说明了流速分布是一个关于管道半径 \( r \) 的二次方程,也就是抛物线形状。
3. **为什么是抛物线**:
- 这个抛物线分布可以通过考虑流体的剪切应力和流体层间的相对运动来理解。在圆管中,由于管壁的摩擦作用,流体在接近管壁的地方流动速度较慢,而在管道中心附近速度较快。这个速度分布模式正好形成了一个抛物线。
### 生动的例子
为了让你更好地理解这个流速分布,我们可以用一个简单的生活例子来说明:
想象一下你在一个大圆形游泳池中游泳,池子中央的水流比较快,而靠近池壁的地方水流则比较慢。这种现象类似于圆管内流体的层流分布。在游泳池中央,你能感受到水的速度很快,周围的水流速度则会逐渐减小。这是因为池子中的水流是受到池壁的影响的,池壁的存在使得靠近池壁的水流速度变慢。虽然池子的边界不是完美的圆形,但这个直观的体验可以帮助你理解流速分布的概念。
### 结论

相关知识点:

圆管层流流速分布抛物线

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