公用设备工程师-专业基础（暖通空调、动力）-工程流体力学及泵与风机-3.7气体动力学基础

公用设备工程师-专业基础（暖通空调、动力）-工程流体力学及泵与风机-3.7气体动力学基础[单选题]1.已知：空气的绝热指数k＝1.4，气体常数R＝278J/（kg·K）。则15℃空气中（江南博哥）的音速为()。[2018年真题]A.300m/sB.310m/sC.340m/sD.350m/S正确答案：C参考解析：音速c与气体绝热指数k和气体常数R有关，则在温度T＝15＋273＝288K的空气中，音速为：[单选题]2.在同一流动气流中，当地音速c与滞止音速c0的关系为()。[2014年真题]A.c永远大于c0B.c永远小于c0C.c永远等于c0D.c与c0关系不确定正确答案：B参考解析：当地音速是音速相对于滞止音速而言的称谓，不同的气体有不同的当地音速，同一气体的当地音速也不是固定不变的，它与气体的绝热温度平方根成正比。由于当地气流速度v的存在，同一气流中当地音速c永远小于滞止音速c0。[单选题]3.空气中的音波传播可看作以下哪种过程？()[2017年真题]A.等温过程B.定压过程C.定容过程D.等熵过程正确答案：D参考解析：等温过程中温度保持不变；定压过程中压力保持不变；定容过程中体积保持不变；等熵过程中熵不变。音波传播速度很快，在传播过程中与外界来不及进行热量交换，且忽略切应力作用，无能量损失，但是温度、压力、体积都会发生变化，因此，整个传播过程可作为等熵过程处理。[单选题]4.音速是弱扰动在介质中的传播速度，也就是以下哪种微小变化以波的形式在介质中的传播速度()。[2008年真题]A.压力B.速度C.密度D.上述三项正确答案：A参考解析：音速是指压力波在介质中的传播速度，即压力的微小变化以波的形式在介质中的传播速度，以符号c表示。气体动力学中的音速概念，不仅限于入耳收听范围，实质上是指气体中压强、密度状态变化在介质中传播的速度。可见，压力波在介质中传播速度的快慢即音速的大小，与流体内在性质即压缩性（或弹性）和密度有关，即c＝f（p，ρ）。[单选题]5.在气体等熵流动中，气体焓i随气体速度v减小的变化情况为()[2019年真题]A.沿程增大B.沿程减小C.沿程不变D.变化不定正确答案：A参考解析：在气体等熵流动中，能量方程式为：di＝－vdv。因此气体焓i随气体速度v减小而沿程增大。[单选题]6.在等熵流动中，若气体流速沿程增大，则气体温度T将沿程()。[2013年真题]A.增大B.降低C.不变D.不定正确答案：B参考解析：等熵过程得能量方程为：kRT/（k－1）＋v2/2＝const。式中，k为定熵指数，对于具体气体而言为定值；R为气体常数；v为流速；T为温度。因此从公式可以看出，流速v变大，气体温度T将降低。[单选题]7.在有摩阻绝热气流流动中，滞止压强P0的沿程变化情况为()。[2012年真题]A.增大B.降低C.不变D.不定正确答案：B参考解析：在有摩阻的绝热气流中，各断面上滞止温度、滞止焓、滞止音速值不变，即总能量不变，但因摩阻消耗一部分机械能，机械能转化为热能，故滞止压强p0沿程降低。[单选题]8.空气的绝热指数k＝1.4，气体常数R＝287J/（kg·K），则空气绝热流动时（无摩擦损失），两个断面流速ν1、ν2与绝对温度T1、T2的关系为()。[2013年真题]A.B.C.D.正确答案：B参考解析：等熵过程的能量方程为：kRT/（k－1）＋v2/2＝const。式中，k为定熵指数；R为气体常数；v为流速；T为温度。流经两个断面，则有方程：kRT1/（k－1）＋v12/2＝kRT2/（k－1）＋v2<sup>2p>/2。将k＝1.4，R＝287J/（kg·K）代入式中可得：[单选题]9.关于气流与断面的关系，下列哪一说法是错的？()[2009年真题]A.在超音流速中，流速随断面面积的增加而增加B.一股纯收缩的亚音速气流不可能达到超音速流动C.只有先收缩到临界流之后再逐渐扩大的气流才能达到超音流速D.所有亚音速气流通过拉伐尔（Laval）喷管都能达到超音速正确答案：D参考解析：在拉伐尔喷管中，可使亚音速气流流经收缩管，并在最小断面处达到音速，然后再进入扩张管，满足气流的进一步膨胀增速，便可获得超音速气流；在最小断面处，马赫数Ma＝1，即气流速度与当地音速相等，这时气体处于临界状态，相应的过渡断面称为临界断面。亚音速气流通过拉伐尔（Laval）喷管，在其最小断面处达到音速后进入扩展段，才能达到超音速。亚音速气流通过拉伐尔管达到超音速是必要条件，不是充分条件，因此并不是所有亚音速气流通过拉伐尔（Laval）喷管都能达到超音速。[单选题]10.喷管中空气的速度为500m/s，温度为300K，密度为2kg/m3，若要进一步加速气流，则喷管面积需()。[2018年真题]A.缩小B.扩大C.不变D.不定正确答案：B参考解析：音速与气体的绝热指数k和气体常数R有关。对于空气，k＝1.4，R＝287J/（kg·K），则当地音速c为：喷管断面A与气流速度v之间的关系公式为：dA/A＝（Ma2－1）dv/v。马赫数Ma为将当地速度v与该点当地音速c的比值，则Ma＝v/c＝500/347.2＞1。因此，该气流属于超音速流动，Ma2－1＞0，dv与dA正负号相同，说明速度v随断面A的增大而加快，随断面的减小而减慢。因此要想进一步加速，则喷管面积A需要扩大。[单选题]11.空气从压气罐口通过一拉伐尔喷管输出，已知喷管的出口压强P＝14kN/m2，马赫数Ma＝2.8，压气罐中温度t0＝20℃。则喷管出口的温度和速度分别为()。[2019年真题]A.114K，500m/sB.114K，600m/sC.134K，700m/sD.124K，800m/s正确答案：B参考解析：该过程为等熵过程，将压气罐的参数看成是滞止参数，所以公式为：T0/T＝1＋[（k－1）/2]Ma2式中，T0为滞止温度，T0＝293K；k为绝热指数，对于空气，k＝1.4；Ma为马赫数，Ma＝2.8。则代入数据得T＝T0/[1＋Ma2（k－1）/2]＝293/[1＋2.82（1.4－1）/2]＝114.1K。音速c的公式为：马赫数Ma＝v/c，则v＝Ma×c＝2.8×214＝599.2m/s。与答案最接近的是B项。[单选题]12.设空气进入喷管的初始压力为1.2MPa，初始温度T1＝350K，背压为0.1MPa，空气Rg＝287J/（kg·K），采用渐缩喷管时可以达到的最大流速为()。[2018年真题]A.313m/sB.597m/sC.650m/sD.725m/s正确答案：A参考解析：由题意可得，空气的绝热系数k＝1.4，理想空气常数Rg＝287J/（kg▪K）。当初始压力p1＝1.2MPa，背压p2＝0.1MPa，则临界压比为：临界压力pcr＝βcrp1＝0.634MPa。由于p2＜pcr，则该渐缩喷管出口截面的压力pb＝pcr＝0.634MPa。在渐缩喷管的出口截面上达到最大流速cmax，为：由于背压p2＞pb，则实际最大流速比计算值稍小，因此答案选择A。[单选题]13.某工程对一风口进行实验，实验测得圆断面射流轴心速度v0＝32m/s，Q0＝0.28m3/s，在某断面处质量平均流速v2＝4m/s，则Q为()。[2016年真题]A.0.035m3/sB.2.24m3/sC.22.4m3/sD.3.54m3/s正确答案：B参考解析：射流各断面处动量相等，根据断面质量平均流速的定义，断面平均流速是一个假想的流速，假设过流断面上各点的流速均等于v，这时通过该断面的流量应等于实际流速通过该断面的流量，则v0Q0＝v2Q，Q＝32×0.28/4＝2.24m3/s。[单选题]14.喷气式发动机尾喷管出口处，燃气流的温度为873K，流速为560m/s，蒸汽的等熵指数K＝1.33，气体常数R＝287.4J/（kg·K），则出口燃气流的马赫数为()。[2010年真题]A.0.97B.1.03C.0.94D.1.06正确答案：A参考解析：出口处的当地音速计算公式为：马赫数为当地速度与音速的比值，即Ma＝u/c＝560/577.7＝0.97。[单选题]15.对于喷管气体流动，在马赫数M＞1的情况下，气流速度随断面增大变化情况为()。[2011年真题]A.加快B.减慢C.不变D.先加快后减慢正确答案：A参考解析：气流速度v与断面面积A的关系式为：dA/A＝（Ma2－1）dv/v。由公式可知，当Ma＞1即气流属于超音速流动，Ma2－1＞0，dv与dA符号相同，说明气流速度v随断面面积A的增大而加快。[单选题]16.空气从压气罐口通过一拉伐尔喷管（缩放喷管）输出，已知喷管出口压强p＝14kN/m2，马赫数Ma＝2.8，压气罐中温度t0＝20℃，空气的比热容比k＝1.4，则压气罐的压强为()。[2012年真题]A.180kN/m2B.280kN/m2C.380kN/m2D.480kN/m2正确答案：C参考解析：压力罐的压强可看做滞止压强p0，由滞止压强与断面压强的绝热过程关系式：因此，压气罐压强p0＝14×27.14＝380kPa＝380kN/m2。[单选题]17.有一气流在拉伐尔管中流动，在喷管出口处得到超音速气流。若进一步降低背压pb（喷管出口外的介质压力），则喷管的理想流量将()。A.增大B.减少C.保持不变D.不确定正确答案：C参考解析：为了得到超音速气流，可使亚声速气流流经收缩管，并使其在最小断面上达到声速，然后再进入扩张管，满足气流的进一步膨胀增速，便可获得超声速气流，这种喷管称为拉伐尔管。对于拉伐尔喷管，当初态一定及喷管渐缩段尺寸一定时，其出口截面的压力可以降低至临界压力以下，但最小截面（喉部）前的流动情况将不因有扩张段而改变，并且气流于最小截面处达到临界状态，因此流量保持不变。[单选题]18.喷管中空气流的速度为500m/s，温度为300K，密度为2kg/m3，若要进一步加速气流，喷管面积应()。A.缩小B.扩大C.不变D.不定正确答案：B参考解析：因为断面A与气流速度v之间的关系式为：dA/A＝（Ma2－1）dv/v。马赫数Ma的计算公式为：。因此该气流属于超音速流动，则Ma2－1＞0，dv与dA的正负号相同，说明气流速度v随断面面积A的增大而加快，随断面面积A的减小而减慢。因此若要进一步加速气流，喷管面积应扩大。[单选题]19.有一股气流从渐缩喷管中流出，已知工质的初态滞止压力p0＝0.026MPa，临界压力比εcr＝0.578，若喷管出口外的介质压力pb＝0.004MPa，则喷管出口截面流速将()。A.小于当地音速B.等于当地音速C.大于当地音速D.不确定正确答案：B参考解析：由题意可知，压力比ε＝pb/p0＝0.004/0.026＝0.154＜εcr＝0.578。对于渐缩喷管，当压力比等于临界压力比时，喷管出口流速达到音速，喷管气体流量达到最大值；背压进一步降低，压力比减小，即压力比小于临界压力比，不会改变渐缩喷管出口的临界状态，所以喷管出口截面流速仍等于当地音速。[单选题]20.某体育馆的圆柱形送风口（取a＝0.08），do＝0.6m，风口至比赛区为60m。要求比赛区风速（质量平均风速）不得超过0.3m/s。求送风口的送风量应不超过()m3/s。A.1B.2C.3D.4正确答案：C参考解析：圆柱形质量平均流速与射程的关系式：v2/v0＝0.23/（as/d0＋0.147）。式中，v0为送风口处平均风速；v2为比赛区风速；a为紊流系数；s为风口至比赛区的距离；d0为风口直径。当比赛区风速v2＝0.3m/s时，则送风口处平均风速v0＝v2（as/d0＋0.147）/0.23＝0.3×（0.08×60/0.6＋0.147）/0.23＝10.63m/s，送风口的送风量Q＝（π/4）d02v0ub>＝（3.14/4）×0.62×10.63＝3m3/s。[单选题]21.工作地点质量平均风速要求3m/s，工作面直径D＝2.5m，送风温度为15℃，车间空气温度30℃，要求工作地点的质量平均温度降到25℃，采用带导叶的轴流风机，其紊流系数a＝0.12。求风口的直径为______m及速度为______m/s。()A.0.424；8B.0.533；8C.0.533；9D.0.633；10正确答案：C参考解析：温度衰减公式为：ΔT2/ΔT0＝0.23/（as/d0＋0.147）；速度衰减公式为：v2/v0＝0.23/（as/d0＋0.147）；直径公式为：d/d0＝6.8（as/d0＋0.147）。因此，as/d0＋0.147＝0.23ΔT0/ΔT2＝0.23×（30－15）/（30－25）＝0.69，风口直径d0＝d/[6.8（as/d0＋0.147）]＝2.5/（6.8×0.69）＝0.533m，风口速度v0＝（as/d0＋0.147）v2/0.23＝0.69×3/0.23＝9m/s。[单选题]22.有r0＝75mm的喷口中射出温度为TK＝300K的气体射流，周围介质温度为Te＝290K，试求距喷口中心x＝5m，y＝1m处的气体温度()K（a＝0.075）。A.290.5B.291C.291.5D.292正确答案：A参考解析：喷口轴线温度衰减公式为：ΔTm/ΔT0＝0.35/（as/d0＋0.147）；直径公式为：d/d0＝6.8（as/d0＋0.147）。由题意可得，初始直径d0＝2r0＝2×0.075＝0.15m，紊流系数a＝0.075，所在位置距初始距离s＝x＝5，因此，直径d＝6.8（as/d0＋0.147）d0＝6.8×（0.075×5/0.15＋0.147）×0.15＝2.7m，半径R＝d/2＝2.7/2＝1.35m，轴线处的温差ΔTm＝0.35ΔT0/（as/d0＋0.147）＝0.35×（300－290）/（0.075×5/0.15＋0.147）＝1.32K。断面温度衰减公式为：ΔT/ΔTm＝1－（y/R）1.5。则距喷口中心y＝1m的温差ΔT＝ΔT<su<sup="">b>m[1－（y/R）1.5]＝1.32×[1－（1/1.35）1.5]＝0.5K，T＝T<sub>e＋ΔT＝290＋0.5＝290.5K。[单选题]23.某喷气发动机，在尾喷管出口处，燃气流的温度为873K，燃气流速度为560m/s，燃气的等熵指数，k＝1.33，气体常数R＝287.4J/（kg·K），出口燃气流的声速______m/s及马赫数为______。()A.577.7；0