2025年大學(xué)《化學(xué)測量學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——超聲速流動技術(shù)研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.流體速度超過當(dāng)?shù)匾羲贂r，流動被稱為（）。A.慢速流B.亞聲速流C.超聲速流D.可壓縮流2.在超聲速流動中，馬赫數(shù)M的定義是（）。A.流體靜壓與音速之比B.流體速度與音速之比C.音速與流體密度之比D.流體密度與音速之比3.當(dāng)超聲速氣流經(jīng)過一個小于1的膨脹角度時，其結(jié)果是（）。A.馬赫數(shù)減小，總壓不變B.馬赫數(shù)增大，總壓增大C.馬赫數(shù)減小，總壓降低D.馬赫數(shù)增大，總壓降低4.跨越激波后，超聲速氣流的（）。A.馬赫數(shù)增大，總溫升高B.馬赫數(shù)減小，總溫降低C.馬赫數(shù)增大，總溫降低D.馬赫數(shù)減小，總溫升高5.在超聲速流動測量中，皮托管主要用于測量（）。A.流體的平均速度B.流體的瞬時速度C.流體的總壓D.流體的靜壓6.熱線探針測速的原理主要基于（）。A.流體對探針的曳力B.流體流動引起探針加熱電流的變化C.流體折射率的變化D.激光多普勒效應(yīng)7.激光多普勒測速（LDA）技術(shù)主要適用于測量（）。A.液體中的低速流動B.氣體中的超聲速流動C.固體表面的邊界層流動D.透明介質(zhì)中的微粒子速度8.油流顯示技術(shù)主要用于觀察（）。A.氣流的壓力分布B.氣流的溫度分布C.氣流的流線形狀和流動結(jié)構(gòu)D.氣體成分分布9.在化學(xué)測量學(xué)中，超聲速流動測量技術(shù)常用于研究（）。A.液體滴大小分布B.氣體反應(yīng)器內(nèi)的混合效率C.溶液pH值變化D.電導(dǎo)率測量10.連續(xù)介質(zhì)假設(shè)在超聲速流動研究中是必要的，其基本前提是（）。A.流體質(zhì)點間存在宏觀作用力B.流體質(zhì)點尺寸與分子自由程可相比擬C.流體質(zhì)點尺寸遠(yuǎn)小于流動特征尺寸D.流體是理想氣體二、填空題1.超聲速流動中，氣流速度沿流線變化，但任意一點的音速僅由當(dāng)?shù)氐腳__和___決定。2.激波是超聲速氣流中壓力、密度、溫度等參數(shù)發(fā)生___的薄層區(qū)域，伴隨著大量的___損失。3.測量超聲速氣流總壓的探針稱為___，它必須具有尖銳的頭部以減小流動干擾。4.為了避免皮托管頭部激波的影響，在超聲速總壓測量中常采用___探針。5.熱線探針的輸出信號（如電阻變化率）與流體的___和___有關(guān)。6.激光多普勒測速（LDA）利用激光照射跟隨流體運動的粒子，通過檢測多普勒頻移來測量粒子的___。7.流動可視化技術(shù)中，紋影法主要依據(jù)不同密度氣體對___的偏折程度不同來進(jìn)行成像。8.在超聲速風(fēng)洞中，測量氣流馬赫數(shù)常用的方法之一是利用___現(xiàn)象。9.對于可壓縮流動，伯努利方程不再嚴(yán)格適用，需要進(jìn)行___修正。10.超聲速流動測量技術(shù)在研究高速化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)時，可以精確測量反應(yīng)物和產(chǎn)物的___。三、簡答題1.簡述超聲速流動與亞聲速流動在流動特性上的主要區(qū)別。2.解釋什么是激波，并簡述激波通過時氣流參數(shù)發(fā)生的變化。3.比較熱線探針和皮托管在超聲速流動測量中的原理、優(yōu)缺點和適用性。4.簡述激光多普勒測速（LDA）技術(shù)的基本原理及其主要優(yōu)點。5.簡要說明油流顯示技術(shù)在超聲速流動研究中的作用和局限性。四、計算題1.已知某超聲速氣流的總壓為500kPa，總溫為300K。若測得該點的靜壓為100kPa，求該點的馬赫數(shù)和音速。（空氣的比熱比γ=1.4，普朗特數(shù)Pr=0.72，R=287J/(kg·K)）2.一超聲速氣流（空氣，γ=1.4，R=287J/(kg·K)）以M=2.0的馬赫數(shù)流過一道正激波。已知激波前氣流的總壓為800kPa，總溫為400K。試計算激波后的馬赫數(shù)、總壓、總溫和靜溫。（提示：可查激波函數(shù)表或使用相關(guān)公式）3.設(shè)計一個用于測量超聲速風(fēng)洞中某截面氣流速度的方案。簡要說明你會選擇哪種測量方法（如熱線、皮托管、LDA等），并說明選擇該方法的理由以及需要考慮的關(guān)鍵因素（至少三點）。---試卷答案一、選擇題1.C2.B3.D4.B5.C6.B7.B8.C9.B10.C二、填空題1.溫度，密度2.突變，熵3.總壓探針4.錐形（或拉瓦爾）5.溫度，速度6.速度7.光線8.音速（或駐點壓力）9.速度10.生成/消耗速率（或反應(yīng)速率）三、簡答題1.解析思路：對比亞聲速流和超聲速流的關(guān)鍵特性差異。亞聲速流中，流速增加，密度變化小，流線可向逆壓方向彎曲（可壓縮性效應(yīng)較弱）；超聲速流中，流速增加，密度變化顯著，流線只能向順壓方向彎曲，形成激波，存在局部不可逆性。*答案要點：亞聲速流中流速增加時密度變化小，流線可向逆壓方向彎曲；超聲速流中流速增加時密度變化顯著，流線只能向順壓方向彎曲，超過聲速后無法減速通過障礙物，需形成激波。2.解析思路：定義激波，解釋其物理本質(zhì)（跨音速區(qū)域，參數(shù)突變），并說明這種突變導(dǎo)致的主要物理后果（熵增，總壓下降，機械能損失）。*答案要點：激波是超聲速氣流中參數(shù)（壓強、密度、溫度、速度）發(fā)生劇烈突變的薄層區(qū)域。它是跨音速流動區(qū)域，由流速變化引起。通過激波時，氣流總壓下降，總溫升高（但靜溫可能降低），且伴隨著不可逆的熵增和大量的機械能損失。3.解析思路：分別闡述兩種探針的工作原理。熱線：基于熱傳導(dǎo)/對流平衡；皮托管：基于動壓差。比較優(yōu)缺點：熱線靈敏度高、響應(yīng)快，但易受干擾、壽命短、需加熱電源；皮托管結(jié)構(gòu)簡單、耐用，但響應(yīng)慢、測速范圍受限。適用性：熱線測瞬時/局部速度，皮托管測平均/總壓。在超聲速領(lǐng)域，兩者都可能用，但測總壓用皮托管（或其變種），測速度常用熱線或LDA。*答案要點：熱線基于流體流動帶走熱量，通過加熱電流維持溫度平衡來測速；皮托管基于流體動壓與靜壓之差來測速（總壓）。熱線優(yōu)點是靈敏度高、響應(yīng)快，缺點是易受干擾、壽命短、需加熱電源；皮托管優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、耐用，缺點是響應(yīng)慢、測速范圍有限。熱線適用于測瞬時/局部速度，皮托管適用于測平均/總壓。超聲速測量中，總壓測量常用皮托管或錐形探針，速度測量常用熱線或LDA。4.解析思路：闡述LDA原理：激光照射粒子，粒子運動導(dǎo)致反射/散射光頻率發(fā)生多普勒頻移；通過測量頻移量即可計算出粒子（即流體）的速度。強調(diào)優(yōu)點：非接觸、高速度測量范圍、高空間分辨率、無探頭干擾。*答案要點：LDA利用激光照射跟隨流體運動的粒子，粒子運動使反射或散射的激光頻率發(fā)生多普勒頻移。通過精確測量這個頻移量，可以計算出粒子的速度。優(yōu)點包括非接觸測量、可測極高速度、空間分辨率高、對流動擾動小。5.解析思路：說明油流法的原理：利用油在氣流邊界層或特定區(qū)域（如激波附近）的流動和變形（如拉成絲、卷曲）來顯示流線形狀和流動結(jié)構(gòu)。指出其作用：可視化壁面剪切應(yīng)力、激波/膨脹波結(jié)構(gòu)、分離區(qū)等。指出其局限性：只能顯示表面附近流動、油膜會干擾測量、只能定性或半定量、對高速流敏感度可能不足。*答案要點：油流法在模型表面涂薄層油，氣流流過時，油膜的流動和變形（如被吹散、拉成絲、卷曲）反映了該處的剪切應(yīng)力大小和方向，從而顯示出流線形狀和流動結(jié)構(gòu)。作用是可視化壁面附近流動細(xì)節(jié)、激波/膨脹波形態(tài)、流動分離等。局限性包括只能顯示表面附近、油膜會干擾后續(xù)測量、通常為定性或半定量、對高速氣流效果可能受限。四、計算題1.解析思路：使用超聲速流動基本公式。已知總壓P?、靜壓P，求馬赫數(shù)M和音速a。音速a由總溫T?決定，a=sqrt(γRT?)。馬赫數(shù)M由總壓和靜壓關(guān)系式計算，P?/P=[(1+(γ-1)/2*M2)/γ]^(γ/(γ-1))。將γ、R、T?代入計算音速，再將P?、P、γ代入計算馬赫數(shù)。*答案要點：a=sqrt(1.4*287*300)≈347.2m/s。M=sqrt{[2/1.4*(1+0.4/2*M2)]/1.4-1}，解得M≈1.85?；蚴褂肞?/P=[(1+(γ-1)/2*M2)/γ]^(γ/(γ-1))，代入數(shù)值解得M≈1.85。2.解析思路：使用正激波關(guān)系式。已知激波前參數(shù)（M?,P??,T??），求激波后參數(shù)（M?,P??,T??,T?）。首先根據(jù)M?查表或計算得到激波后馬赫數(shù)M?。然后根據(jù)M?和M?使用總壓比、總溫比關(guān)系式計算P??/P??、T??/T??。總溫T??=T??*T??/T??，靜溫T?=T??*(1-1/M?2*(γ-1)/2)。注意單位的統(tǒng)一。*答案要點：查表得M?=2.0時，激波后馬赫數(shù)M?≈0.528?？倝罕萈??/P??≈4.50，總溫比T??/T??≈1.88。P??=800*4.50=3600kPa。T??=400*1.88=752K。T?=752*(1-1/0.5282*(1.4-1)/2)≈286K。3.解析思路：設(shè)計測量方案需考慮：測量目的（測平均速度還是瞬時速度？）、馬赫數(shù)范圍、氣流性質(zhì)（是否干凈？有無腐蝕性？）、測量精度要求、空間限制、成本等。選擇方法：若需瞬時、高精度、空間分辨率，優(yōu)先考慮LDA；若需測量平均速度場，考慮熱絲/熱膜arrays或PIV；若僅需測總壓或總溫，用合適的總壓/總溫探針（如錐形探針）。說明理由要結(jié)合原理和優(yōu)缺點。考慮因素包括：探針/傳感器尺寸、安裝方式、信號處理、抗干擾能力、校準(zhǔn)方法、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。*答案要點：方案選擇：對于測量超聲速風(fēng)