气体动力学基础试题与答案

一、 解释下列各对名词并说明它们之间的区别与联系1轨线和流线2马赫数 M 和速度系数 5膨胀波和激波二、 回答下列问题1膨胀波在自由表面上反射为什么波？为什么？4收敛喷管的三种流动状态分别是什么？各有何特点？三、 （2 分）已知压气机入口处的空气温度 ，压力 =.bar，在经过压气机进行可逆绝热压缩以后，使其压力升高了倍，即增压比 ，试求压气机出口处温度和比容，压气机所需要的容积功。设比热容为常数，且比热比 k=1.4。四、空气沿如图 1 所示的扩散管道流动，在截面 1-1 处空气的压强N/m2,温度 C,速度 米/秒，截面 1-1 的面积5103.p15t271V=10 厘米 2，在截面 2-2 处空气速度降低到 =72.2 米/秒。设空气在扩散A管中的流动为绝能等熵流动，试求：（1）进、出口气流的马赫数 和1M；（2）进、出口气流总温及总压；（3）气流作用于管道内壁的力。M六、(15 分)在超声速风洞的前室中空气的滞止温度为 T*=288K,在喷管出口处空气的速度 V1=530 米/ 秒，当流过试验段中的模型时产生正激波（如图 1 所示） ，求激波后空气的速度。图 1 第四题示意图 图 2 第五题示意图11V1 V222V1一、解释下列各对名词并说明它们之间的区别与联系（共分，每题分）1轨线和流线答：轨线是流体质点运动的轨迹；流线是一条空间曲线，该曲线上任一点的切线与流体在同一点的速度方向一致。区别：轨线的是同一质点不同时刻的位置所连成的曲线；流线是同一时刻不同质点运动速度矢量所连成的曲线。联系：在定常流动中轨迹线和流线重合。2马赫数 M 和速度系数 答：马赫数 M 是气体运动速度与当地声速的比值；速度系数 是气体运动速度与临界声速的比值。区别：速度相同时气体的马赫数与静温有关，最大值为无限大，而速度系数于总温有关，其最大值为有限值。联系：已知马赫数可以计算速度系数，反之亦然。3膨胀波和激波答：膨胀波是超声速绕外钝角偏转或加速时所产生的压力扰动波；激波是超音速气流流动方向向内偏转所产生强压缩波。区别：膨胀波是等熵波；激波是非等熵波。联系：激波在自由表面上反射为膨胀波。二、回答下列问题（共 20 分，每题 5 分）：4膨胀波在自由表面上反射为什么波？为什么？答：膨胀波在自由表面上反射为压缩波。这是因为膨胀波在自由表面反射之前压力与自由表面一致，但经过膨胀波之后气流的压力下降，要使气流压力恢复到自由表面的压力，必须经过一道压缩波提高压力（见示意图） 。5收敛喷管的三种流动状态分别是什么？各有何特点？答：三种状态分别为亚临界状态、临界状态和超临界状态。亚临界状态下喷管内和喷管出口流动速度均为亚声速(M1)，喷管反压会影响喷管内流动流动；临界状态下喷管出口为声速流（M=1）,喷管反压与总压值比等于临界压比（0.528）; 超临界状态下喷管出口为声速流（M=1）, 喷管口之后有膨胀波存在，喷管反压不会影响喷管内流动流动。三、 （2 分）已知压气机入口处的空气温度 ，压力 =.bar，在经过压气机进行可逆绝热压缩以后，使其压力升高了倍，即增压比 ，试求压气机出口处温度和比容，压气机所需要的容积功。设比热容为常数，且比热比 k=1.4。p1=pap3pap1=pap4=pa解：压气机压缩过程为等熵过程因此,压强和比容分别为:(K)376.02)15(280)(4.12 kpT(kg/m3)8.752Rvg容积功 (kJ/kg)05.2514.02)(1 4.112 kgpkTw四、空气沿如图 1 所示的扩散管道流动，在截面 1-1 处空气的压强N/m2, 温度 C,速度 米/ 秒，截面 1-1 的面积5103.p15t271V=10 厘米 2，在截面 2-2 处空气速度降低到 =72.2 米/秒。设空气在扩散A管中的流动为绝能等熵流动，试求：（1）进、出口气流的马赫数 和1M；（2）进、出口气流总温及总压；（3）气流作用于管道内壁的力。M解：依题意。(1)进口 1-1 面上的声速和马赫数340.17(米/秒)2874.11kRTc96.0.31VMK8271.34796.0214.82211* kT由于总温保持不变，因此 2-2 界面的临界声速、速度因数和马赫数分别为秒 ）米 /(458.329)1./(73248.12)/*1kRacrr 9.05.92craV 208.19.0)4.-1.(2)1(22 （）kM(2)由滞止参数、静参数与马赫数的关系得到进出口的总温和总压为K1*234.87T)(N/m10574. 796.0214.315 14.212*21kMp(3)根据冲量函数关系得到气流作用于管壁的力 为iF826.3291craV)/(108.38256.01.2. 458.32973.74.2111225221米牛 顿 zaAVpkRTkzFcrcrri五、在超声速风洞的前室中空气的滞止温度为 T*=288K,在喷管出口处空气的速度 V1=530 米/秒，当流过试验段中的模型时产生正激波（如图 1 所示） ，求激波后空气的速度。解：依题意，在风洞试验段正激波前的临界声速和速度系数分别为