氣體動力學(xué)基礎(chǔ)試題與答案

1、一、解釋下列各對名詞并說明它們之間的區(qū)別與聯(lián)系1 .軌線和流線2 .馬赫數(shù)M和速度系數(shù)入5 .膨脹波和激波二、回答下列問題1.膨脹波在自由表面上反射為什么波為什么4.收斂噴管的三種流動狀態(tài)分別是什么各有何特點(diǎn)三、（12分）已知壓氣機(jī)入口處的空氣溫度Ti=280K,壓力P1=1.0bar,在經(jīng)過壓氣機(jī)進(jìn)行可逆絕熱壓縮以后，使其壓力升高了25倍，即增壓比P2/P1=25,試求壓氣機(jī)出口處溫度和比容，壓氣機(jī)所需要的容積功。設(shè)比熱容為常數(shù)，且比熱比k=0四、空氣沿如圖1所示的擴(kuò)散管道流動，在截面1-1處空氣的壓強(qiáng)Pi1.033105N/m2,溫度t115C速度V1272米/秒，截面1-1的面積A=10

2、厘米2,在截面2-2處空氣速度降低到2=米/秒。設(shè)空氣在擴(kuò)散管中的流動為絕能等嫡流動，試求：（1）進(jìn)、出口氣流的馬赫數(shù)M1和M2；（2）進(jìn)、出口氣流總溫及總壓；（3）氣流作用于管道內(nèi)壁的力。六、（15分）在超聲速風(fēng)洞的前室中空氣的滯止溫度為丁=288K,在噴管出口處空氣的速度V1=530米/秒，當(dāng)流過試驗(yàn)段中的模型時產(chǎn)生正激波（如圖1所示），求激波后空氣的速度。圖1第四題示意圖圖2第五題示意圖、解釋下列各對名詞并說明它們之間的區(qū)別與聯(lián)系（共20分，每題4分）1 .軌線和流線答：軌線是流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的軌跡；流線是一條空間曲線，該曲線上任一點(diǎn)的切線與流體在同一點(diǎn)的速度方向一致。區(qū)別：軌線的是同一質(zhì)點(diǎn)

3、不同時刻的位置所連成的曲線；流線是同一時刻不同質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動速度矢量所連成的曲線。聯(lián)系：在定常流動中軌跡線和流線重合。2 .馬赫數(shù)M和速度系數(shù)入答：馬赫數(shù)M是氣體運(yùn)動速度與當(dāng)?shù)芈曀俚谋戎?；速度系?shù)人是氣體運(yùn)動速度與臨界聲速的比值。區(qū)別：速度相同時氣體的馬赫數(shù)與靜溫有關(guān)，最大值為無限大，而速度系數(shù)于總溫有關(guān)，其最大值為有限值。聯(lián)系：已知馬赫數(shù)可以計算速度系數(shù)，反之亦然。3 .膨脹波和激波答：膨脹波是超聲速繞外鈍角偏轉(zhuǎn)或加速時所產(chǎn)生的壓力擾動波；激波是超音速氣流流動方向向內(nèi)偏轉(zhuǎn)所產(chǎn)生強(qiáng)壓縮波。區(qū)別：膨脹波是等嫡波；激波是非等嫡波。聯(lián)系：激波在自由表面上反射為膨脹波。.、回答下列問題（共20分，每題5分）

4、：4 .膨脹波在自由表面上反射為什么波為什么答：膨脹波在自由表面上反射為壓縮波。這是因?yàn)榕蛎洸ㄔ谧杂杀砻娣瓷渲皦毫εc自由表面一致，但經(jīng)過膨脹波之后氣流的壓力下降，要使氣流壓力恢復(fù)到自由表面的壓力，必須經(jīng)過一道壓縮波提高壓力（見示意圖）。5 .收斂噴管的三種流動狀態(tài)分別是什么各有何特點(diǎn)答：三種狀態(tài)分別為亞臨界狀態(tài)、臨界狀態(tài)和超臨界狀態(tài)。亞臨界狀態(tài)下噴管內(nèi)和噴管出口流動速度均為亞聲速（M<1）,噴管反壓會影響噴管內(nèi)流動流動；臨界狀態(tài)下噴管出口為聲速流（M=1），噴管反壓與總壓值比等于臨界壓比（）；超臨界狀態(tài)下噴管出口為聲速流（M=1）,噴管口之后有膨脹波存在，噴管反壓不會影響噴管內(nèi)流動流動

5、。三、（12分）已知壓氣機(jī)入口處的空氣溫度Ti=280K,壓力P1=1.0bar,在經(jīng)過壓氣機(jī)進(jìn)行可逆絕熱壓縮以后，使其壓力升高了25倍，即增壓比P2/P1=25,試求壓氣機(jī)出口處溫度和比容，壓氣機(jī)所需要的容積功。設(shè)比熱容為常數(shù)，且比熱比k=0解：壓氣機(jī)壓縮過程為等嫡過程因此，壓強(qiáng)和比容分別為：k 1T2T1俳尸口253280()1.4702.376(K)V2RgT2P2287 702.37625 1050.0806(kg/m 3)1RTipkJ0287280%容積功303.05 (kJ/kg)w31中km-125四、空氣沿如圖1所示的擴(kuò)散管道流動，在截面1-1處空氣的壓強(qiáng)p11.033105

6、N/m2,溫度t115C速度V1272米/秒，截面1-1的面積A=10厘米2,在截面2-2處空氣速度降低到Vz-米/秒。設(shè)空氣在擴(kuò)散管中的流動為絕能等嫡流動，試求：(1)進(jìn)、出口氣流的馬赫數(shù)Mi和M2；(2)進(jìn)、出口氣流總溫及總壓；(3)氣流作用于管道內(nèi)壁的力。解：依題意。(1)進(jìn)口1-1面上的聲速和馬赫數(shù)c1寂V1.4287288(米/秒)M1V12720.7996c1340.17*k121.412“T1T11Mi28810.7996324.8271K22由于總溫保持不變，因此2-2界面的臨界聲速、速度因數(shù)和馬赫數(shù)分別為*一acr2Ocr1：/2kRT|/(k1)&1.4287324

7、.17/(1.41)329.4585(米/秒)以上"0.2191acr2329.45852L2M20.20082220.2191(k1)(k1)2(1.41)-(1.41)0.21912由滯止參數(shù)、靜參數(shù)與馬赫數(shù)的關(guān)系得到進(jìn)出口的總溫和總壓為*T2T324.8271K1*.P2P1P1 1k 102-Mi2_ 51.033 102 _ 521.5740 10 (N/m )1.412 1.4 1- 0.7996根據(jù)沖量函數(shù)關(guān)系得到氣流作用于管壁的力Fi為2721acr1 329.45850.8256FiUmaz2i2k2k11V1Aacr2k2kRTpMAacr1.4 11.0332 1.4 287 28810.2008 -0.20083.0181 102(牛頓/米 2)1050.8256272 10 10 4 329.458510.8256五、在超聲速風(fēng)洞的前室中空氣的滯止溫度為V=288K在噴管出口處空氣的速度Vi=530米/秒，當(dāng)流過試驗(yàn)段中的模型時產(chǎn)生正激波（如圖1所示），求激波后空氣的速度。解：依題意，在風(fēng)洞試驗(yàn)段正激波前的臨界聲速和速度系數(shù)分別為：acr1,2kRT*/(k1)1)21.4287288/(1.43