气体动力学试题

一、简答题：（共20分，每小题4分）1、何谓流线和迹线？各有何特点？答：流线是在某一瞬间，将流场中各点的流体微团的运动方向连接而成的一条光滑曲线。迹线是流体微团运动的轨迹线。流线具有以下特点：①流线上各点的切线方向为该点流体微团的速度方向；②一般情况下，流线彼此不相交；③流体微团不会跨越流线流动；④在不定常流中，流线和迹线一般不重合；在定常流中，二者必然重合。迹线只随流体微团的不同而不同，与时间无关。2、说明不可压流的流速如何测量？写出所用公式。答：用先渐缩后渐扩的文特利管分别测量管道两个面积不同截面的压力，在已知流体密度和两个截面面积情况下，可以计算出流体在十'一^2-2截面处的速度为：3、马赫波与激波的形成有何不同？气流穿过马赫波和\p[1-（牛）2]激波的总参数及熵的变化有何特点？1答：马赫波是微弱扰动在超音速气流中的传播形成的。激波是超音速气流中n道微弱压缩波叠加在一起形成的。气流穿过马赫波后总温、总压不变，是等熵过程。气流穿过激波后总温不变，总压下降，是熵增过程。4、何为范诺线？由范诺线可以得到摩擦管流的哪些特性？答：范诺线是摩擦管流中给定总焓和密流情况下作出的等截面管流的焓-熵曲线。由范诺线可以得到Ma数在不同范围时焓和熵的变化关系：Ma数小于1时，焓随熵的增加而减小；Ma数大于1时，焓随熵的增加而增大。另外，由范诺线也可以看到，单纯的摩擦作用不可能使亚音速流变为超音速流，也不可能使超音速流变为亚音速流。最终的趋势都是临界状态。5、体流过管路的损失有几种？如何减小各种损失？答：有沿程损失和局部损失。减小摩擦、减小管长及加大管径可减少沿程损失；减缓管截面变化、弯管加导流片等可减少局部损失。二、多项判断题，将正确答案填在括号中：（共20分，每小题4分）1、流体的流线（b，d）（a）只在采用拉格朗日法表示流体微团运动时才采用；（b）只在采用欧拉法表示流体微团运动时才采用；（c）只随流体微团不同而变化，与时间无关；（d）随时间不断发生变化；2、贝努利方程（b，d）（a）与能量方程无关；（b）也称为机械能形式的能量方程；（c）仅用于不可压缩流体；（d）既可用于不可压缩流体，也可用于可压缩流体；3、可压缩流体在收缩-扩张管道中流动，并出现壅塞时，（b，d）（a）收缩段中的流动始终是超声速的；（b）扩张段可能出现正激波；（c）正激波的位置与反压无关；（d）喉部压力与入口压力之比与流动的几何形状无关；4、等面积管道中，具有摩擦的绝热亚音速流动，沿流向（c，d）（a）温度将升高；（b）总温下降；（c）总压下降；（d）极限马赫数是1;5、理想气体在无摩擦等面积管道中作绝热流动，（b,d）（a）沿流向压力一定减小；（b）速度将保持不变；（c）熵将增大；（d）马赫数将保持不变；三、计算题：（共60分）1、（15分）不可压流体流过水平放置的180o弯管，管道进口截面积是出口截面积的2倍，若忽略流动过程的摩擦损失，的力。已知：A=2A,A、V、.1211求：FP「P且已知进口截面的面积*、流速V】、压力P］、密度P,求流体作用在弯管上解：由连续性方程：UA=^A所以：匕=^^1=2VA1流动过程的摩擦损失，的力。已知：A=2A,A、V、.1211求：FP「P由贝努力方程：+-（K2-U2）=0TOC\o"1-5"\h\zP221得：p=p+—（v2-v2）=p-3£站2:21+212121设弯管对水流的作用力为R,由动量守恒方程：R=-P1A1-P2A2-PV1A（V2+V1）得：=-PA—1A（P—3^V2）-PVA（3V）112112111139-=-2P1A1-4PV12A139一水流对弯管的作用力为：F=-R=^P1A1+彳pV12A1方向与水流进口方向相同。2.（15分）一绝热管道在直径10cm处，空气流速为30m/s,压力为3atm。在下游某截面处压力为1.5atm，温度为200K。试求空气质量流量、两个截面的马赫数和管道下游截面处的直径。空气的Y=1.4,R=287J/Kg.K。已知：D=10cm,V=30m/s,P=3atm,P=1.5atm,T=200KTOC\o"1-5"\h\z11122求：q「Ma「Ma2、D2解：由绝热过程方程得：T=T（-1））=200（直）1.4=243.8K12P21.5由Ma=0.0959查表得：P=0.99351P*计算得：p=%*p=15*0.9935=0.4968P*P1p*3查表得：Ma2=1.051由流量关系得：Aq（X1）=a2q（X2）仅供个人学习参考3、（20分）拉瓦尔喷管喉部最小截面积为4*10-402，出口截面的面积为6.76*10-4m2，喷管周围的大气压力为1*105Pa，喷管进口气流总温为288K，求：当进口气流总压为1.5*105Pa时，喷管出口处气流的Ma数、空气流量以及管中有激波时激波的位置。流量公式中的系数K=0.0404,空气绝热指数为Y=1.4，气体常数R=287J/Kg。已知：A=4*10-402，A=6.76*10-402，P=1*105Pa，T*=288K，P*=1.5*105Pa,、teb11求：Ma、q、A解：首先碱定三个划界限反压：,44*10-4由：4=676*；04=0.592=q（人°）查表得：（人°）、讪=0.402，（人/sup=1.63，兀（*）sub=0.9088，兀（人e）sup=0.129所以：Pb\=P*兀(X〉sub=1.5*105*0.9088=1.36*105Pa查表得：乌2=4.4693所以：Pb2=4.4693*0.19*105=0.86*105PaPb3虹Pb1>Pb>Pb2,所以喷管内扩张段会产生激波，P°=Pb由流量关系：q=犬占=4=K-^Ay(X)T*=T*m.'t*t.7*°1eVT1XTe得：y(X)=-1-*鱼=技*105*0.592=0.888ePeAe1*105查表得：Ma°=0.5下面确定激波位置:由流量关系：qm=KP*1_IT得：b=攵=—L=——=0.79

P]*Aeq(X)6.76*10-4*0.75查表得激波前马赫数：MaS=1.8273再由流量关系：q=K』A由流量关系：qm=KP*1_IT得：b=攵=—L=——=0.79

P]*Aeq(X)6.76*10-4*0.75查表得激波前马赫数：MaS=1.8273再由流量关系：q=K』A=K^S=Aq(XJm：7*trj.*S'S\T1\Te得：AS1*4*10-4A=q(XS)，0.6806=5.88*10-