公用設(shè)備工程師-專業(yè)基礎(chǔ)(暖通空調(diào)、動(dòng)力)-工程流體力學(xué)及泵與風(fēng)機(jī)-3.7

氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

［單選題］1.已知：空氣的絕熱指數(shù)k=L4,氣體常數(shù)R=278J/(kg-K)o

則15℃空氣中的音速為()。［2018年真題］

A.300m/s

B.310m/s

C.340m/s

D.350H1/S

正確答案：C

參考解析：音速c與氣體絕熱指數(shù)k和氣體常數(shù)R有關(guān)，則在溫度T=15+273

二288K的空氣中，音速為：

c=4kRT=71.4x287x288=340m/s

［單選題］2.在同一流動(dòng)氣流中，當(dāng)?shù)匾羲賑與滯止音速c。的關(guān)系為()。［2014

年真題］

A.c永遠(yuǎn)大于Co

B.c永遠(yuǎn)小于Co

C.c永遠(yuǎn)等于Co

D.c與Co關(guān)系不確定

確答案：B

參考解析:工地音速是音速相對(duì)于滯止音速而言的稱謂，不同的氣體有不同的

當(dāng)?shù)匾羲?，同一氣體的當(dāng)?shù)匾羲僖膊皇枪潭ú蛔兊模c氣體的絕熱溫度平方

根成正比。由于當(dāng)?shù)貧饬魉俣萔的存在，同一氣流中當(dāng)?shù)匾羲貱永遠(yuǎn)小于滯止

音速Coo

［單選題］3.空氣中的音波傳播可看作以下哪種過程？()［2017年真題］

A.等溫過程

B.定壓過程

C.定容過程

D.等燧過程

正確答案：D

參考解析：等溫過程中溫度保持不變；定壓過程中壓力保持不變；定容過程中

體積保持不變：等燧過程中燧不變。音波傳播速度很快，在傳播過程中與外界

來不及進(jìn)行熱量交換，且忽略切應(yīng)力作用，無(wú)能量損失，但是溫度、壓力、體

積都會(huì)發(fā)生變化，因此，整個(gè)傳播過程可作為等燧過程處理。

［單選題］4.音速是弱擾動(dòng)在介質(zhì)中的傳播速度，也就是以下哪種微小變化以波

的形式在介質(zhì)中的傳播速度()。［2008年真題］

A.壓力

B.速度

C.密度

D.上述三項(xiàng)

正確答案：A

參考解析：音速是指壓力波在介質(zhì)中的傳播速度，即壓力的微小變化以波的形

式在介質(zhì)中的傳播速度，以符號(hào)c表示。氣體動(dòng)力學(xué)中的音速概念，不僅限于

入耳收聽范圍，實(shí)質(zhì)上是指氣體中壓強(qiáng)、密度狀態(tài)變化在介質(zhì)中傳播的速度。

可見，壓力波在介質(zhì)中傳播速度的快慢即音速的大小，與流體內(nèi)在性質(zhì)即壓縮

性(或彈性)和密度有關(guān)，即C=f(P，P)O

［單選題］5.在氣體等嫡流動(dòng)中，氣體焰i隨氣體速度v減小的變化情況為

()［2019年真題］

A.沿程增大

B.沿程減小

C.沿程不變

D.變化不定

正確答案：A

參考解析：在氣體等端流動(dòng)中，能量方程式為：di=-vdvo因此氣體焰i隨氣

體速度v減小而沿程增大。

［單選題］6.在等燃流動(dòng)中，若氣體流速沿程增大，則氣體溫度T將沿程()。

［2013年真題］

A.增大

B.降低

C.不變

D.不定

正確答案：B

參考解析：等蠟過程得能量方程為：kRT/(k-1)+v2/2=consto式中，k為

定場(chǎng)指數(shù)，對(duì)于具體氣體而言為定值；R為氣體常數(shù)；v為流速；T為溫度。因

此從公式可以看出，流速v變大，氣體溫度T將降低。

［單選題］7.在有摩阻絕熱氣流流動(dòng)中，滯止壓強(qiáng)P。的沿程變化情況為()。［2012

年真題］

A.增大

B.降低

C.不變

D.不定

正確答案：B

參考解析：在有摩阻的絕熱氣流中，各斷面上滯止溫度、滯止焰、滯止音速值

不變，即總能量不變，但因摩阻消耗一部分機(jī)械能，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，故滯

止壓強(qiáng)P。沿程降低。

［單選題］8.空氣的絕熱指數(shù)k=L4,氣體常數(shù)R=287J/(kg-K),則空氣絕

熱流動(dòng)時(shí)(無(wú)摩擦損失)，兩個(gè)斷面流速V】、與絕對(duì)溫度「、T2的關(guān)系為

Oo［2013年真題］

A%=#009m一公

Bv：=72009|T-T2)+r

C”009(共

Dv=^1900|T；-r)+v7

正確答案：B

參考解析：等端過程的能量方程為：kRT/(k-1)+v2/2=consto式中，k為

定場(chǎng)指數(shù)；R為氣體常數(shù)；v為流速；T為溫度。流經(jīng)兩個(gè)斷面，則有方程：

2

kRTl/(k-1)+vlz2=kRT2/(k-l)+v2<sup>2p>/2o將k=l.4,R=287J/

(kg-K)代入式中可得：

]

B2kR(YT-)-2

(2x1.4x287

V1.4-1

=#009(4+

［單選題］9,關(guān)于氣流與斷面的關(guān)系，下列哪一說法是錯(cuò)的？()［2009年真題］

A.在超音流速中，流速隨斷面面積的增加而增加

B.一股純收縮的亞音速氣流不可能達(dá)到超音速流動(dòng)

C.只有先收縮到臨界流之后再逐漸擴(kuò)大的氣流才能達(dá)到超音流速

D.所有亞音速氣流通過拉伐爾(Laval)噴管都能達(dá)到超音速

正確答案：D

參考解析:餐拉伐爾噴管中，可使亞音速氣流流經(jīng)收縮管，并在最小斷面處達(dá)

到音速，然后再進(jìn)入擴(kuò)張管，滿足氣流的進(jìn)一步膨脹增速，便可獲得超音速氣

流；在最小斷面處，馬赫數(shù)Ma=l,即氣流速度與當(dāng)?shù)匾羲傧嗟?，這時(shí)氣體處于

臨界狀態(tài)，相應(yīng)的過渡斷面稱為臨界斷面。亞音速氣流通過拉伐爾(Laval)噴

管，在其最小斷面處達(dá)到音速后進(jìn)入擴(kuò)展段，才能達(dá)到超音速°亞音速氣流通

過拉伐爾管達(dá)到超音速是必要條件，不是充分條件，因此并不是所有亞音速氣

流通過拉伐爾(Laval)噴管都能達(dá)到超音速。

［單選題］10.噴管中空氣的速度為500m/s,溫度為300K,密度為2kg/R若要

進(jìn)一步加速氣流，則噴管面積需()。［2018年真題］

A.縮小

B.擴(kuò)大

C.不變

D.不定

IE確答案:B

參考解析:音速與氣體的絕熱指數(shù)k和氣體常數(shù)R有關(guān)。對(duì)于空氣，k=L4,R

=287]/(kg?K),則當(dāng)?shù)匾羲賑為：

c=廂？=gx287x300=3472nYs噴管斷面卜與氣流速度v之間的關(guān)系公

2

式為：dA/A=(Ma-1)dv/v0馬赫數(shù)Ma為將當(dāng)?shù)厮俣萔與該點(diǎn)當(dāng)?shù)匾羲貱的

比值，貝ijMa=v/c=500/347.2>1。因此，該氣流屬于超音速流動(dòng),Ma2-1>

0,5與&正負(fù)號(hào)相同，說明速度v隨斷面A的增大而加快，隨斷面的臧小而減

慢。因此要想進(jìn)一步加速，則噴管面積A需要擴(kuò)大。

[單選題]11.空氣從壓氣罐口通過一拉伐爾噴管輸出，己知噴管的出口壓強(qiáng)P=

14kN/m2,馬赫數(shù)Ma=2.8,壓氣罐中溫度t0=20℃。則噴管出口的溫度和速度

分別為()。[2019年真題]

A.114K,500m/s

B.114K,600m/s

C.134K,700m/s

D.124K,800m/s

正確答案：B

參考解析:反過程為等端過程，將壓氣罐的參數(shù)看成是滯止參數(shù)，所以公式

為：

To/T=l+[(k-1)/2]Ma2

式中，T。為滯止溫度，T0=293K；k為絕熱指數(shù)，對(duì)于空氣，k=1.4；Ma為馬赫

2

數(shù)，Ma=2.8o則代入數(shù)據(jù)得T=T0/[1+Ma2(k—1)/2]=293/[1+2.8(1.4一

1)/2]=114.1K音速c的公式為：

L,8314,

=J1.4x------X114.1

V29

=214ws馬赫數(shù)Ma=v/c,貝ijv=MaXc=2.8X214=599.2m/s。與答

案最接近的是B項(xiàng)。

[單選題]12.設(shè)空氣進(jìn)入噴管的初始?jí)毫?.2MPa,初始溫度「=350K,背壓為

0.IMPa,空氣Rg=287J/(kg?K),采用漸縮噴管時(shí)可以達(dá)到的最大流速為

Oo[2018年真題]

A.313m/s

B.597m/s

C.650m/s

D.725m/s

正確答案：A

參考解析：由題意可得，空氣的絕熱系數(shù)k=1.4,理想空氣常數(shù)&=287J/(kg

■K)o當(dāng)初始?jí)毫i=l.2MPa,背壓p2=0,lMPa,則臨界壓比為：

p「2宿

—=p-7=0528

Pl

LK+1」臨界壓力Pcr=BcrP1=0.634MPao由于p2V

Per,則該漸縮噴管出口截面的壓力Pb=Pcr=0.634MPa。在漸縮噴管的出口截面

上達(dá)到最大流速Cmax,為：

r

2k(仄

j=——1-&

「1.4-11

2x1.4"cIfO.634W

=--------x287x350x1------------

［I1.2)

=342.33ms由于背壓P2>Pb,則實(shí)際最大流

速比計(jì)算值稍小，因此答案選擇A。

［單選題］13.某工程對(duì)一風(fēng)口進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得圓斷面射流軸心速度v0=

32m/s,Qo=O.28m3/s,在某斷面處質(zhì)量平均流速V2=4m/s,則Q為()。［2016年

真題］

A.0.035m3/s

B.2.24m3/s

C.22.4m3/s

D.3.54m3/s

正確答案：B

參考解析：射流各斷面處動(dòng)量相等，根據(jù)斷面質(zhì)量平均流速的定義，斷面平均

流速是一個(gè)假想的流速，假設(shè)過流斷面上各點(diǎn)的流速均等于v,這時(shí)通過該斷面

的流量應(yīng)等于實(shí)際流速通過該斷面的流量，則v)Qo=vq,Q=32X0.28/4=

2.24m3/so

［單選題］14,噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管出口處，燃?xì)饬鞯臏囟葹?73K,流速為

560m/s,蒸汽的等器指數(shù)K=1.33,氣體常數(shù)R=287.4J/(kg-K),則出口燃

氣流的馬赫數(shù)為()。［2010年真題］

A.0.97

B.1.03

C.0.94

D.1.06

正確答案：A

參考解析：出口處的當(dāng)?shù)匾羲儆?jì)算公式為:

c=4kRT

=71.33x287.4x873

=577.7m/s馬赫數(shù)為當(dāng)?shù)厮俣扰c音速的比值，即Ma=u/c=

560/577.7=0.97。

［單選題］15.對(duì)于噴管氣體流動(dòng)，在馬赫數(shù)M>1的情況下，氣流速度隨斷面增

大變化情況為()。［2011年真題］

A.加快

B.減慢

C.不變

D.先加快后減慢

正確答案：A

2

參考解析：氣流速度v與斷面面積A的關(guān)系式為：dA/A=(Ma-1)dv/vo由公

式可知，當(dāng)Ma>l即氣流屬于超音速流動(dòng)，Ma2-l>0,dv與dA符號(hào)相同，說

明氣流速度v隨斷面面積A的增大而加快。

［單選題］16.空氣從壓氣罐口通過一拉伐爾噴管(縮放噴管)輸出，已知噴管出

口壓強(qiáng)P=14kN/m)馬赫數(shù)Ma=2.8,壓氣罐中溫度t0=20℃,空氣的比熱容比

k=1.4,則壓氣罐的壓強(qiáng)為()。［2012年真題］

A.180kN/m2

B.280kN/m2

C.380kN/m2

D.480kN/m2

正確答案：C

參考解析：壓力罐的壓強(qiáng)可看做滯止壓強(qiáng)p。，由滯止壓強(qiáng)與斷面壓強(qiáng)的絕熱過

程關(guān)系式：

=”.14因此，壓氣罐壓強(qiáng)p°=14X27.14=380kPa=

380kN/m2o

［單選題］17.有一氣流在拉伐爾管中流動(dòng)，在噴管出口處得到超音速氣流。若進(jìn)

一步降低背壓4(噴管出口外的介質(zhì)壓力)，則噴管的理想流量將()。

A.增大

B.減少

C.保持不變

D.不確定

正確答案：C

參考解析：為了得到超音速氣流，可使亞聲速氣流流經(jīng)收縮管，并使其在最小

斷面上達(dá)到聲速，然后再進(jìn)入擴(kuò)張管，滿足氣流的進(jìn)一步膨脹增速，便可獲得

超聲速氣流，這種噴管稱為拉伐爾管。對(duì)于拉伐爾噴管，當(dāng)初態(tài)一定及噴管漸

縮段尺寸一定時(shí)，其出口截面的壓力可以降低至臨界壓力以下，但最小截面

(喉部)前的流動(dòng)情況將不因有擴(kuò)張段而改變，并且氣流于最小截面處達(dá)到臨

界狀態(tài)，因此流量保持不變。

［單選題］18.噴管中空氣流的速度為500m/s,溫度為300K,密度為2kg/m:若

進(jìn)

一步加速氣流，噴管面積應(yīng)()。

縮

A小

,

擴(kuò)

B大

.

不

C變

不

D定

.

正確答案：B

2

參考解析：因?yàn)閿嗝鍭與氣流速度v之間的關(guān)系式為：dA/A=(Ma-1)dv/vo

Xfa=—=__=1.44>1

馬赫數(shù)Ma的計(jì)算公式為：°屈丁o因此該氣流屬于超音速流

動(dòng)，則Ml—1>0,dv與dA的正負(fù)號(hào)相同，說明氣流速度v隨斷面面積A的增

大而加快，隨斷面面積A的減小而減慢。因此若要進(jìn)一步加速氣流，噴管面積

應(yīng)擴(kuò)大。

［單選題］19.有一股氣流從漸縮噴管中流出，已知工質(zhì)的初態(tài)滯止壓力p°二

0.026MPa,臨界壓力比」=0.578,若噴管出口外的介質(zhì)壓力Pb=0.004MPa,

則噴管出口截面流速將()。

A.小于當(dāng)?shù)匾羲?/p>

B.等于當(dāng)?shù)匾羲?/p>

C.大于當(dāng)?shù)匾羲?/p>

D.不確定

正確答案：B

參考解析：由題意可知，壓力比￡=Pb/p(.=0.004/0.026=0.154<￡門=

0.578。對(duì)于漸縮噴管，當(dāng)壓力比等于臨界壓力比時(shí)，噴管出口流速達(dá)到音速，

噴管氣體流量達(dá)到最大值；背壓進(jìn)一步降低，壓力比減小，即壓力比小于臨界

壓力比，不會(huì)改變漸縮噴管出口的臨界狀態(tài)，所以噴管出口截面流速仍等于當(dāng)

地音速。

［單選題］20.某體育館的圓柱形送風(fēng)口(取a=0.08),d°=0.6m,風(fēng)口至比賽

區(qū)為60m。要求比賽區(qū)風(fēng)速(質(zhì)量平均風(fēng)速)不得超過0.3m/s。求送風(fēng)口的送

風(fēng)量應(yīng)不超過()m：7s。

A.1

B.2

C.3

D.4

正確答案：C

參考解析：圓柱形質(zhì)量平均流速與射程的關(guān)系式：v2/vo=O.23/(as/d(,+

0.147)o式中，v。為送風(fēng)口處平均風(fēng)速；V2為比賽區(qū)風(fēng)速；”為紊流系數(shù)；s為

風(fēng)口至比賽區(qū)的距離；d。為風(fēng)口直徑。當(dāng)比賽區(qū)風(fēng)速V2=0.3m/s時(shí)，則送風(fēng)口

處平均風(fēng)速v°=V2(asM+0.147)/0.23=0.3X(0.08X60/0.6+0.147)

23

/0.23—10.63m/S,送風(fēng)口的送風(fēng)量、=(兀/4)do2voub>=(3.14/4)X0.6X10.63=3m/se

［單選題］21.工作地點(diǎn)質(zhì)量平均風(fēng)速要求3m/s,工作面直徑D=2.5m,送風(fēng)溫度

為15℃,車間空氣溫度30℃,要求工作地點(diǎn)的質(zhì)量平均溫度降到25C,采用帶

導(dǎo)葉的軸流風(fēng)機(jī)，其紊流系數(shù)a=0.12。求風(fēng)口的直徑為m及速度為

m/s00

A.0.424；8

B.0.533；8

C.0.533；9

D.0.633；10

正確答案：C

參考解析:溫度衰減公式為:AT2/ATO=0.23/(as/do+O.147)；速度衰減公

式為：v2/vo=O.23/(as/do+O.147)；直徑公式為:d/d0=6.8(as/d0+

0.147)口因止匕，asM+0.147=0.23ATo/AT2=O.23X(30-15)/(30-25)

=0.69,風(fēng)口直徑d0=d/［6.8(as/do+O.147)］=2.5/(6.8X0.69)=

0.533m,風(fēng)口速度v()=(as/do+O.147)v2/0.23=0.69X3/0.23=9m/so

［單選題］22.有r°=75nini的噴口中射出溫度為T\=300K的氣體射流，周圍介質(zhì)

溫度為Te=290K,試求距噴口中心x=5m,y=lm處的氣體溫度()K(a=

0.075)o

A.290.5

B.291

C.291.5

D.292

正確答案：A

參考解析：噴口軸線溫度衰減公式為：△T./△/=().35/(as/do+O.147)；直

徑公式為：d/d0=6.8(as/do+O.147)o由題意可得,初始直徑山=2門=2義

0.075=0.15m,紊流系數(shù)a=0.075,所在位置距初始距離s=x=5,因此,直

徑d=6.8(as/do+O.147)d0=6.8X(0.075X5/0.15+0.147)X0.15=

2.7m,半徑R=d/2=2.7/2=1.35m,軸線處的溫差△T.=0.35AT。/(as/d0+

0.147)=0.35X(300-290)/(0.075X5/0.15+0.147)=1.32K。斷面溫度

衰減公式為：AT/ATm=l-(y/R)1.5o則距噴口中心y=bn的溫差A(yù)T=A

T<sa<sup="">b>m[l-<y/R>1.5]=1.32X[1-(1/L35)1.5]=0.5K,T=T<sub>e+AT=290+0.5=290.5K,

［單選題］23.某噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，在尾噴管出口處，燃?xì)饬鞯臏囟葹?73K,燃?xì)饬魉?/p>

度為560m/s,燃?xì)獾牡绕抑笖?shù)，k=1.33,氣體常數(shù)R=287.4J/(kg-K),出

口燃?xì)饬鞯穆曀賍____m/s及馬赫數(shù)為______o()

A.577.7；0.97

B.577.7；1.0