气体动力学试题

精品文档一、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V2='一竺P—2下，可以计算出流体在2-2截面处的速度为： {P[1-(+)2]3、马赫波与激波的形成有何不同？气流穿过马赫波和激波的总参数及熵的变化有何特点？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。精品文档二、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 ）（2）温度将升高；^）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；精品文档三、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，且已知进口截面的面积A、流速匕、压力P】、密度P,求流体作用在弯管上的力。已知：A1=2A2，A「V「P「p求：F解：由连续性方程：VA=VA所以：匕=V&=2VTOC\o"1-5"\h\z11 22 2 1 1A2P-P1一一由贝努力方程：:+-（V22T2）=。匕2得：P=P+-P-(匕2_匕2)=p_2 1 2 1 2匕2设弯管对水流的作用力为R,由动量守恒方程:P1 A1 +R+ P2A2=pV1A(_ V2 _V1)乙乙 乙 R=_P1A1_P2A2_PV1A1(V2+V1)得：=_RA1_1AXP_3PV2)_pV1A/3V1)11211 21 11 13 9八=_-PA——PV2A2114 113 9一水流对弯管的作用力为：F=_R=—PA.+-pV2A2114 11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1.525，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。空气的丫=1.4,R=287J/Kg.K。已知：Dj10cm,V1=30m/s,P13atm,P2=1.5atm,T2=200K求：q、Ma。Ma2>D2

精品文档Y-1P解：由绝热过程方程得：T精品文档Y-1P解：由绝热过程方程得：T=T（5）Y1 2p2勺0.4,3、 二200(——)1.4=243.8K1.5PV兀D?qm=P1V14=,不3*1.013*105*30*兀*0.124*287*243.8=1.023Kg/sTOC\o"1-5"\h\zV 30Ma= = 一=0.09591%丫RT1 <1.4*287*243.8由Ma=0.0959查表得：p=0.99351 p*计算得： p=PL*p=15*0.9935=0.4968p* P]p* 3查表得：Ma2=1.051由流量关系得：&q（%）=&q（%）4=，*）4=，*）=。」业'0.16484“*, =4.06cm\0.998区（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288h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80.0404,空气绝热指数为丫=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求：Ma、q、A解：首先湍定三个划界限反压：, 4 4*10-4 …由：一t-= =0.592=q（九）今6.76*10-4 e

精品文档查表得：（九）,二0.402,（九） =1.63，兀（九）,二0.9088，兀（九） =0.129esub esup esub esup所以：P八=P*兀（九）7=1.5*105*0.9088=1.36*105Pabl 1esubP0=P*兀（九） =1.5*105*0.129=0.19*105Pab3 1esup查表得：Pb2=4.4693所以：巴。=4.4693*0.19*105=0.86*105PaP b2b3由于小工，所以喷管内扩张段会产生激波，Pe=PbP*=Aj（九e）T；=Te*由流量关系：=Aj（九e）T；=Te*（九）=P1_*4=L5*105*0.592=0.888e PeAe 1*105查表得：Mae=0.5qm=KP*11 查表得：Mae=0.5qm=KP*11 。1+1=A=!（—）YTJLA*tRRy+1 7*tT1,,14,2、2415*105 *（——A4* *4*10-4=0.143Kg/s^287 2.4 飞288下面确定激波位置:P*由流量关系：q=K=Am./*t居=K-Pe=Aq（九）■ee原P*得：o=—e—=P*P14*10.4Aeq（入e）6.76*10-4*0.75=0.79精品文档精品文档查表得激波前马赫数：MaS=1.8273P* P_*再由流量关系：q=K1A=KSAq（九）m:7*t，7*SS3 \Te得：Aq得：AqS1*4*10-40.6806=5.88*10-4m24、（10分）在管径D=1cm,管长L=5m的圆管中，冷冻机润滑油作层流运动，测得润滑油流量为80cm3/s,沿程阻力为30m油柱高，试求油的运动粘性系数。已知：D=1cm,L=5m,q=80cm3/s,Ah=30m求：v解：润滑油的流速：V=qv=4*80=102cm/sA九*12由沿程阻力公式：AP=4fL1