第六节　气体动力学基础

单项选择题（下列选项中，只有一项符合题意）

1．常压下，空气温度为23℃，绝热指数k＝1.4，气体常数R＝287J/kg·K，其声速为（　　）。[2012年真题]

A．330m/s

B．335m/s

C．340m/s

D．345m/s

【答案】D

【解析】声速与气体常数、绝热指数和空气温度的关系为：＝，代入数值计算可得声速为：

v==345m/s。

2．常压条件下，15℃空气中的音速为340m/s，同样条件的气流以250m/s的速度流过渐缩喷管时，出口速度可能为（　　）。[2007年真题]

A．≥340m/s

B．＞340m/s

C．250m/s≤u＜340m/s

D．250m/s＜u≤340m/s

【答案】D

【解析】气流亚音速流动时，与不可压缩流体的运动规律相同，速度随断面增大而减小、随断面减小而增大。但是，气流超音速流动时，速度却随断面增大而加快、随断面减小而减慢。因此，要将亚音速气流加速到音速或小于音速，需采用渐缩喷管；而要加速到超音速，需先经过收缩管加速到音速，然后再进入扩张管，使气流进一步增速到超音速，这就是拉伐管（缩扩喷管）。即采用渐缩喷管，气流出口速度将大于入口速度，但不会超过音速。

3．根据可压缩流体一元恒定流动的连续性方程，亚音速气流的速度随流体过流断面面积的增大应如何变化？（　　）[2007年真题]

A．增大

B．减小

C．不变

D．难以确定

【答案】B

【解析】气流速度与过流断面的关系为：，这是可压缩流体连续性微分方程的另一种形式。当亚音速流动时，上式中，与正负号相反，说明速度随断面面积的增大而减小；随断面面积的减小而增大，这与不可压缩流体运动规律相同[如图1（a）]。

图1  气流速度与断面关系

当超音速流动时，式中，与正负号相同，说明速度随断面面积的增大而增大；随断面面积的减小而减小[如图1（b）]。当即气流速度与当地音速相等，此时称气体处于临界状态。气体达到临界状态的断面，称为临界面。

4．可压缩流动中，欲使流速达到音速并超过音速，则断面必须（　  ）。[2011年真题]

A．由大变到小

B．由大变到小再由小变到大

C．由小变到大

D．由小变到大再由大变到小

【答案】B

【解析】气流亚音速流动时，与不可压缩流体运动规律相同，速度随断面增大而减小、随断面减小而增大。但是，气流超音速流动时，速度却随断面增大而加快、随断面减小而减慢。因此，要将亚音速气流加速到音速或小于音速，需采用渐缩喷管；而要加速到超音速，需先经过收缩管加速到音速，然后再进入扩张管，这就是拉伐管（缩扩喷管）。

5．某低速送风管，管道断面为矩形，长a=250mm，宽b=200mm，管中风速v=3.0m/s，空气温度t=30℃，空气的运动粘性系数v=16.6×10^-6m²/s，试判别流态为（　　）。[2007年真题]

A．层流

B．紊流

C．急流

D．缓流

【答案】B

【解析】对于矩形风管，其当量直径为：，将数据代入雷诺数计算公式可得：

，流态为紊流。

6．同一种气体声速值与温度的变化关系为（　　）。

A．随温度的增加而减小

B．随温度的增加而增大

C．不随温度变化

D．不确定

【答案】B

【解析】可压缩性流体中的音速公式，其中，是绝热指数，R是理想气体常数，T是热力学温度，可知，同一种气体随温度增加，声速值增大。

7．气体动力学中声速定义为（　　）。

A．微小扰动形成的压力波在流体中单向传播的速度

B．微小扰动形成的压力波在流体中双向传播的速度

C．微小扰动形成的压力波在流体四面传播的速度

D．以上说法都不对

【答案】C

【解析】微小扰动在流体中的传播速度就是声音在流体中的传播速度，称为声速，声速在流体中是四面传播的。其大小因媒质的性质和状态而异。

8．在压力不变的情况下，空气的声速随温度的升高而（　　）。

A．减小

B．增大

C．不变

D．不一定

【答案】B

【解析】可压缩性流体中的音速公式，其中，是绝热指数，R是理想气体常数，T是热力学温度，可知，在压力不变情况下，空气随温度增加，声速值增大。

9．关于音速，以下描述正确的是（　　）。

A．空气中的音速和水中的音速相同

B．各种气体中的音速均相同

C．常压、15℃空气中的音速为341m/s

D．常压、15℃空气中的音速和常压、25℃空气中的音速相同

【答案】C

【解析】微小压力波在流体中的传播速度就是声音在流体中的传播速度，称为音速。不可压缩流体中的音速很大，例如20℃常压下的淡水中，音速为1430m/s。可压缩流体中的音速随气体不同而不同，如常压、15℃空气中的音速为341m/s，而常压、15℃氢气中的音速为1295m/s。可压缩流体中的音速还与气体的绝对温度有关，理想气体中的音速与绝对温度的平方根成正比，即，式中：为绝热指数；R为气体常数；T为热力学温度。

10．亚音速气流进入渐缩管和超音速气流进入渐扩管，其流速分别如何变化?（　　）

A．变大，变小

B．变小，变大

C．均变大

D．均变小

【答案】C

【解析】气流速度与过流断面有如下关系：。当亚音速流动时，上式中，与正负号相反，说明速度随断面的增大而减小，随断面的减小而增大；当超音速流动时，式中，与正负号相同，说明速度随断面的增大而增大，随断面的减小而减慢。故流速均变大。

11．超音速气流速度随过流断面增大而（　　）。

A．增大

B．减小

C．不变

D．不确定

【答案】A

【解析】气流速度与过流断面有如下关系：，这是可压缩流体连续性微分方程的另一种形式。当超音速流动时，式中，与正负号相同，说明速度随断面的增大而增大，随断面的减小而减小。

12．某飞机在海平面上空以1350km/h的速度飞行，已知气温t=15℃，空气的绝热指数k=1.4，气体常数R=287J/kg·K。这架飞机的飞行状态为（　　）。

A．亚声速飞行

B．超声速飞行

C．等声速飞行

D．说不清

【答案】B

【解析】根据题意，声速，飞机飞行速度v=1350km/h=375m/s，MA=v/c=375/341.1＞1,说明飞机为超声速飞行。

13．气流亚音速流动时，速度随断面增大而____，随断面减小而____。（　  ）

A．不变；不变

B．不变；增大

C．减小；增大

D．增大；减小

【答案】C

【解析】气流速度与过流断面有如下关系：。当亚音速流动时，上式中，与正负号相反，说明速度随断面的增大而减小，随断面的减小而增大；当超音速流动时，式中，与正负号相同，说明速度随断面的增大而增大，随断面的减小而减慢。