2009年硕士研究生入学考试专业课试题-03

哈尔滨工业大学

二○○九 年硕士研究生入学考试试题

考试科目：_工程流体力学__ 报考专业：动力工程及工程热物理

考试科目代码：[ 820 ]

考生注意：答案务必写在答题纸上，并标明题号。答在试题上无效。

该试卷包含工程流体力学（90分）必选部分和工程热力学（60分）、传热学（60分）、空气动力学（60分）、燃烧学（60分）4门课程任选其一，满分150分。

题号 总分

分数 150分

工程流体力学（90分）（必选）

一、解释下列概念（20分）

1．牛顿流体、粘性

2．压力体、正压流体

3．缓变流动、粘性底层

4．水击现象、边界层

5．时间平均流速、入口起始段

二、简答题

1．试分析流体流经弯管时局部阻力产生的具体原因是什么？（8分）

2．结合流体对圆柱体的有环量绕流，分析升力是如何产生的？（7分） 第 1 页

共 8 页 三、推求边界层的动量积分关系式（15分）

四、试推导说明圆柱外伸管嘴出流流量大于同直径薄壁小孔口的出流流量（10分）

五、一圆形容器，直径D=1.2 m，完全充满水，顶盖上在r0=0.43m处开一小孔，敞口测压管中的水位h=0.5m，问旋转角速度ω多大时，顶盖所受的静水总压力为零？（15分）

第五题图

六、图示为一安全阀，其阀座直径d=25mm，当阀座处的压力p=4Mpa时，通过油的流量为qv=10L/s，油的密度为ρ=900Kg/m3，此时阀的开度x=5mm。如开启阀的初始压力p0=3Mpa，阀的弹簧刚度K=20N/mm，忽略流动损失，试确定射流方向角α 。（15分）

第六题图 第 2 页

共 8 页

工程热力学试题（60分）任选之一

一、是非判断：是在（ ）内画“＋”号，非在（ ）内画“—”号，每题1分，共10分

1、 热力系是指参与热力过程的物体群（ ）。

2、 供热系数总是大于1，制冷系数也可以大于1（ ）。

3、 压缩因子的值可以大于1，也可以小于1（ ）。

4、 渐缩喷管出口气体的马赫数可以是小于1、等于1、大于1（ ）。

5、 孤立系内工质经过不可逆过程的熵变必然大于经历可逆过程的熵变（ ）。

6、 不可逆损失的来源之一是耗散效应（ ）。

7、 理想气体的热力学能、焓和熵都仅仅是温度的单值函数（ ）。

8、 气体稳定流过任何管道的容积流量和质量流量都是不变的常数（ ）。

9、 不可逆循环的熵产必然等于零（ ）。

10、实际热机的热效率总比卡诺热机的热效率低（ ）。

二、指出下列各对概念之间主要的区别 每题1.5分，共15分

1、状态量与过程量

2、熵流与熵产

3、湿空气和湿蒸汽

4、绝对湿度和相对湿度

5、过热水蒸气与过冷水

6、孤立系与绝热闭口系

7、饱和湿空气与未饱和湿空气

8、湿度与干度

9、亚音速流动与超音速流动 第 3 页

共 8 页 10、流动的临界状态与流体的临界状态

三、一热机在每个循环中从0327C的高温热源吸收1419QkJ的热量和向027C的低温热源排热，假设按：(1)2209.5QkJ；(2)2314.25QkJ；(3)2104.75QkJ三个数值排热，请用两种方法计算证明，在这三种情况中，哪个是不可逆的、哪个可逆的、哪个是不可能的？并对不可逆循环计算及其不可逆损失，大气环境温度0300TK（10分）

四、有一柴油机混合加热循环，如下图所示，0.17pMPa、0160tC，压缩比14.5，缸中气体最大压力310.3pMPa，循环加热量1900/qkJkg，工质空气为理想气体，01005/PcJkg、0718/vcJkg、01.4，287()gRJkgK。试求

（1）各点的状态参数（温度、压力、比体积） （2）定容加热过程的加热量1vq

（3）定压加热过程的加热量1pq （4）循环放热量2q

（5）循环输出的净功率netw （6）循环热效率t （20分）

五、试述卡诺定理对热机理论的指导意义（5分）

第 4 页

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传热学试题（60分）任选之二

1、由三层材料组成的平壁，各层之间接触紧密，由左向右各层的厚度分别是123,,。已知左、右两侧材料的导热系数分别是13,。通过稳态测量得知：平壁左右两外表面的温度分别为12,wwtt，左侧表面外高温气流温度为1ft，气流与间表面传热系数为1h。试求中间材料的导热系数2。（12分）

2、如图一个二维稳态导热物体，其导热系数为常数，物体内部单位面积上电热功率为vq，右侧平直边界面与环境同时发生对流与辐射换热，其表面发射率为。环境可看作无限大空间，温度为T、边界面的表面传热系数为h。试建立数值求解边界节点温度,MnT的离散方程。（13分）

3、如图为某常物性不可压缩流体沿大平板的层流稳态边界层对流换热，由于粘度耗散，在边界层内产生了强度为2vuy3Wm的内热源。已知来流速度与温度分别为u、T ，平板温度为Tw ，流体的密度、定压比热容、导热系数与动力粘度分别为pc、、、。

第 5 页

共 8 页

(M-1, n) (M, n) (M, n+1)

(M, n-1) h

T

x/2 y/2 x

y

（题2图）

x、u y、v u、T

Tw

（题3图）

(1) 试写出求解该对流换热问题的完整数学描述（8分）；

(2) 试由其能量微分方程导出相似特征数，并说明其含义（9分）；

(3) 若Tw > T，分析指出平板表面的热流密度方向（3分）。

4、实际物体表面通常不是严格意义的灰体，但在计算辐射换热时，有时可以近似为灰体。对温度为T1、T2的两辐射换热表面A1、A2，其角系数为X1,2。

(1) 试说明如何判断这两个表面是否可作为灰体处理？（6分）

(2) 若这两个表面可作为灰体处理，试利用网络法求这两个灰体表面间的辐射传热量，用到的其它符号可自行设定；（6分）

(3) 试说明上面求出的辐射传热量是否是二者的净辐射传热量。（3分）

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空气动力学试题（60分）任选之三

一、判断下列问题的正误并说明原因

(1) “只有在等熵流动过程中，总压才保持不变”。（7分）

(2) “只有当流动达到临界状态时才存在临界参数”。（7分）

(3) “只要流动是绝能的，总温就保持不变”。（7分）

(4) “不可压流体可表述为0DtD，即流场中密度处处相等”（7分）

(5) “V=0 意味着流体微团在运动过程中不发生变形”（7分）

二、用特征线说明右图所示的流动中，所有可能出现的马赫波及流场参数（压力与速度）的变化情况。其中，d为无限小的转折角。（10分）

三、一渐缩喷管，已知*P=10bar，*T=1050K，比热比k=1.4，出口截面积为0.12m，出口背压为4bar，若()Kfk0.04。请给出出口截面上的速度及喷管的流量。（8分）

四、知涡轮的进口燃气总温为1200K，涡轮出口燃气总温为1000K，求每千克燃气通过涡轮对外界所作的机械功是多少？如果燃气流量为13.3Kg/s，Cp=1.16KJ/(Kg.k)，求涡轮的功率。（7分）

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d

燃烧学试题（60分）任选之四

一、解释下列专业名词和概念（15分）：

(1) 化合物的标准反应焓；

(2) 燃料的低位发热量；

(3) 过量空气系数；

(4) 斯蒂芬流；

(5) 油滴扩散燃烧的直径平方-直线定律。

二、简答题（20分）：

(1) 简述抑制燃烧过程中热力型NOx生成的措施；

(2) 简述热力着火和链式着火的区别；

(3) 碳燃烧反应控制区的分类和特点；

(4) 列举三种工程上的火焰稳定方法。

三、对于成分确定的预混可燃气体，应用层流火焰传播理论分析，为了提高预混可燃气的火焰传播速度，可以采取哪些措施？（7分）

四、在存在散热的闭口系统中，燃气和空气均匀混合。应用谢苗诺夫的非稳态着火理论，画图分析如果外界环境温度降低，对着火过程将产生什么影响？（8分）

五、假定：1）碳球为均匀对称的球体；2）碳球随风飘动，与空气没有相对运动；3）燃烧进行得很快，火焰面很薄；4）忽略对流与辐射换热；5）忽略碳球周围的温度场不均匀对热导率、扩散系数的影响；6）忽略斯蒂芬流。推导单颗粒纯碳燃尽时间的计算模型。

（10分）

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