题目
牛顿黏性定律适用于()。A. 牛顿型流体层流流动B. 理想流体层流流动C. 不可压缩流体层流流动D. 牛顿型流体湍流流动
牛顿黏性定律适用于()。
A. 牛顿型流体层流流动
B. 理想流体层流流动
C. 不可压缩流体层流流动
D. 牛顿型流体湍流流动
题目解答
答案
A. 牛顿型流体层流流动
解析
本题考查牛顿黏性定律的适用条件。解题思路是明确牛顿黏性定律的定义以及各选项中流体的性质,通过对比来确定该定律的适用范围。
牛顿黏性定律的定义
牛顿黏性定律指出,流体层流流动时,相邻两层流体间的内摩擦力(黏性力)$F$与两层流体间的速度梯度$\frac{du}{dy}$以及两层流体间的接触面积$A$成正比,其数学表达式为$F = \mu A\frac{du}{dy}$,其中$\mu$为流体的动力黏度。
对各选项的分析
- A选项:牛顿型流体层流流动
牛顿型流体是指符合牛顿黏性定律的流体,即其黏性力与速度梯度呈线性关系。层流流动是指流体各层之间互不干扰,呈有条不紊的层状流动。牛顿黏性定律正是基于牛顿型流体的层流流动推导出来的,所以该定律适用于牛顿型流体层流流动,A选项正确。 - B选项:理想流体层流流动
理想流体是一种假想的流体,它没有黏性,即$\mu = 0$。根据牛顿黏性定律$F = \mu A\frac{du}{dy}$,当$\mu = 0$时,黏性力$F = 0$,这与牛顿黏性定律所描述的黏性力的概念相矛盾,所以牛顿黏性定律不适用于理想流体层流流动,B选项错误。 - C选项:不可压缩流体层流流动
不可压缩流体是指流体的密度不随压力和温度变化的流体。牛顿黏性定律主要关注的是流体的黏性性质和层流流动状态,与流体是否可压缩并无直接关系。不可压缩流体不一定是牛顿型流体,所以不能确定牛顿黏性定律一定适用于不可压缩流体层流流动,C选项错误。 - D选项:牛顿型流体湍流流动
湍流流动是指流体各层之间相互混合、不规则的流动状态。在湍流流动中,流体的运动非常复杂,除了黏性力外,还存在由于流体微团的脉动而产生的附加应力。牛顿黏性定律只考虑了黏性力与速度梯度的线性关系,无法准确描述湍流流动中的复杂应力情况,所以牛顿黏性定律不适用于牛顿型流体湍流流动,D选项错误。