理想氣體狀態方程（克拉伯龍方程）：標準狀態是指0℃（273K），1atm=101.3kPaV=nRTV：標準狀態下的氣體體積；n：氣體的摩爾量；R：氣體常量、比例系數；8.31441J/mol?KT：絕對溫度；273KP：標準大氣壓；101.3kPaV=nRT=n?8.31441?273/101.3或V=nRT=n?0.082?273/1另可以簡便計算：V=V0?ρ?22.4/MV：標準狀態下的氣體體積；V0：氣體液態體積；ρ：液化氣體的相對密度；M：分子量。氮的標準沸點是-195.8℃,液體密度0.808（-195.81m31*（808/28）*22.4=646.4標立二氧化碳液體密度1.56（-79℃1m31*（1560/44.01）*22.4=794標立氯的標準沸點是-34℃,液體密度1.471m31*（1470/70.9）*22.4=464.4標立液態氧氣體體積膨脹計算在標準狀態下0℃，0.1MPa，1摩爾氣體占有22.4V—膨脹后的體積（升）vo—液態氣體的體積（升）do—液態氣體的相對密度（水=1）M—液態氣體的分子量將液氧的有關數據代入上式，由do=1.14，M=32得即液氧若發生泄漏則會迅速氣化，其膨脹體積為原液態體積為798倍。b.液氧爆破能量模擬計算：液氧處于過熱狀態時，液態介質迅速大量蒸發，使容器受到很高壓力的沖擊，產生暴沸或擴展為BLEVE爆炸，其爆破能量是介質在爆破前后的熵、焓的函數。1)計算過程(1)容器爆破能量計算公式EL=[(i1－i2)－(s1－s2)Tb]m式中：EL——過熱狀態下液體的爆破能量KJ；i1——爆破前飽和液體的焓KJ/kg；i2——在大氣壓力下飽和液體的焓KJ/kg；s1——爆破前飽和液體的熵KJ/(kg·k)；s2——在大氣壓力下飽和液體的熵KJ/(kg·k)；m——飽和液體的質量kg；Tb——介質在大氣壓下的沸點k(2)30m3本項目液氧貯存在1個容積為30m3/1.84Mpa的儲罐內，液氧最大儲存量為34290kg，液氧沸點90.188K；假設事故狀態下儲罐內液氧的的溫度為95K，則爆破能量：E=[(167.2-125.4)-(1.73-1.65)×90.188]×34290=1186091KJ(3)將爆破能量換算成TNT能量q，1kgTNT平均爆炸能量為4500kJ/kg，故q=E／4500=1186091／4500=264(kg)(4)求出爆炸的模擬比α即得α=0.1q1/3=0.1×(264)1/3=0.64(5)查得各種傷害、破壞下的超壓值表5-4沖擊波超壓對人體及建筑物傷害破壞作用表序號超壓Δp/MPa沖擊波超壓對人體的傷害沖擊波超壓對建筑物的破壞作用10.02~0.03輕微損傷墻裂縫20.03~0.05聽覺器官損傷或骨折墻大裂縫，房瓦掉下30.05~0.10內臟嚴重損傷或死亡木結構廠房木柱折斷，房架松動，磚墻倒塌。40.10~0.20大部分人員死亡防震鋼筋混凝土破壞，小房屋倒塌。50.20~0.30大部分人員死亡大型鋼架結構破壞。(6)求出在1000kgTNT爆炸試驗中的相當距離R0根據相關數據查得：Δp=0.02時R0=56；Δp=0.03時R0=43；Δp=0.05時R0=32；Δp=0.10時R0=23；Δp=0.20時R0=17；(7)求出發生爆炸時各類傷害半徑R1=R0×α=56×0.64≈35.8m；R2=R0×α=43×0.64≈27.5m；R3=R0×α=32×0.64≈20.5m；R4=R0×α=23×0.64≈14.7m；R5=R0×α=17×0.64≈10.9m；2)事故后果預測小結按照單罐物理性爆炸事故后果預測，如果一臺30m3的低溫液氧儲罐爆炸，其各類傷害、損失半徑見表5-5表5-5沖擊波超壓對人體及建筑物傷害破壞作用半徑表序號與液氧儲罐的距離沖擊波超壓對人體的傷害沖擊波超壓對建筑物的破壞作用135.8m輕微損傷墻裂縫227.5m聽覺器官損傷或骨折墻大裂縫，房瓦掉下320.5m內臟嚴重損傷或死亡木結構廠房木柱折斷，房架松動，磚墻倒塌。414.7m大部分人員死亡防震鋼筋混凝土破壞，小房屋倒塌。510.9m大部分人員死亡大型鋼架結構破壞綜上，液氧若發生泄漏則會迅速氣化，其膨脹體積為原液態體積為798倍；發生爆炸（30m3液氧）的沖擊波超壓破壞作用數據見表4-6。計算可見，如氧罐發生物理爆炸，對50一、簡答題：（共20分，每小題4分）何謂流線和跡線？各有何特點？答：流線是在某一瞬間，將流場中各點的流體微團的運動方向連接而成的一條光滑曲線。跡線是流體微團運動的軌跡線。流線具有以下特點：=1\*GB3①流線上各點的切線方向為該點流體微團的速度方向；=2\*GB3②一般情況下，流線彼此不相交；=3\*GB3③流體微團不會跨越流線流動；=4\*GB3④在不定常流中，流線和跡線一般不重合；在定常流中，二者必然重合。跡線只隨流體微團的不同而不同，與時間無關。說明不可壓流的流速如何測量？寫出所用公式。答：用先漸縮后漸擴的文特利管分別測量管道兩個面積不同截面的壓力，在已知流體密度和兩個截面面積情況下，可以計算出流體在2-2截面處的速度為：馬赫波與激波的形成有何不同？氣流穿過馬赫波和激波的總參數及熵的變化有何特點？答：馬赫波是微弱擾動在超音速氣流中的傳播形成的。激波是超音速氣流中n道微弱壓縮波疊加在一起形成的。氣流穿過馬赫波后總溫、總壓不變，是等熵過程。氣流穿過激波后總溫不變，總壓下降，是熵增過程。何為范諾線？由范諾線可以得到摩擦管流的哪些特性？答：范諾線是摩擦管流中給定總焓和密流情況下作出的等截面管流的焓-熵曲線。由范諾線可以得到Ma數在不同范圍時焓和熵的變化關系：Ma數小于1時，焓隨熵的增加而減小；Ma數大于1時，焓隨熵的增加而增大。另外，由范諾線也可以看到，單純的摩擦作用不可能使亞音速流變為超音速流，也不可能使超音速流變為亞音速流。最終的趨勢都是臨界狀態。體流過管路的損失有幾種？如何減小各種損失？答：有沿程損失和局部損失。減小摩擦、減小管長及加大管徑可減少沿程損失；減緩管截面變化、彎管加導流片等可減少局部損失。二、多項判斷題，將正確答案填在括號中：（共20分，每小題4分）1、流體的流線（b，d）只在采用拉格朗日法表示流體微團運動時才采用；只在采用歐拉法表示流體微團運動時才采用；只隨流體微團不同而變化，與時間無關；隨時間不斷發生變化；2、貝努利方程（b，d）（a）與能量方程無關；（b）也稱為機械能形式的能量方程；（c）僅用于不可壓縮流體；（d）既可用于不可壓縮流體，也可用于可壓縮流體；3、可壓縮流體在收縮-擴張管道中流動，并出現壅塞時，（b，d）（a）收縮段中的流動始終是超聲速的；（b）擴張段可能出現正激波；（c）正激波的位置與反壓無關；（d）喉部壓力與入口壓力之比與流動的幾何形狀無關；4、等面積管道中，具有摩擦的絕熱亞音速流動，沿流向（c，d）（a）溫度將升高；（b）總溫下降；（c）總壓下降；（d）極限馬赫數是1；5、理想氣體在無摩擦等面積管道中作絕熱流動，（b，d）（a）沿流向壓力一定減小；（b）速度將保持不變；（c）熵將增大；（d）馬赫數將保持不變；三、計算題：（共60分）1、（15分）不可壓流體流過水平放置的180o彎管，管道進口截面積是出口截面積的2倍，若忽略流動過程的摩擦損失，且已知進口截面的面積A1、流速V1、壓力P1、密度ρ，求流體作用在彎管上的力。已知：A1=2A2，A1、V1、P1、求：F解：由連續性方程：所以：由貝努力方程：得：設彎管對水流的作用力為R，由動量守恒方程：得：水流對彎管的作用力為：方向與水流進口方向相同。2、（15分）一絕熱管道在直徑10cm處，空氣流速為30m/s，壓力為3atm。在下游某截面處壓力為1.5atm，溫度為200K。試求空氣質量流量、兩個截面的馬赫數和管道下游截面處的直徑。空氣的γ=1.4，R=287J/Kg.K。已知：D1=10cm，V1=30m/s，P1=3atm，P2=1.5atm，T2=200K求：qm、Ma1、Ma2、D2解：由絕熱過程方程得：由查表得：計算得：查表得：由流量關系得：3、（20分）拉瓦爾噴管喉部最小截面積為4*10-4m2，出口截面的面積為6.76*10-4m2，噴管周圍的大氣壓力為1*105Pa，噴管進口氣流總溫為288K，求：當進口氣流總壓為1.5*105Pa時，噴管出口處氣流的Ma數、空氣流量以及管中有激波時激波的位置。流量公式中的系數K=0.0404,已知：At=4*10-4m2，Ae=6.76*10-4m2，Pb=1*105Pa，T1*=288K，P1求：Mae、qm、AS解：首先確定三個劃界限反壓：由：查表得：，，，所以：查表得：所以：由于Pb1>Pb>Pb2，所以噴管內擴張段會產生激波，由流