Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
Heim » Dynamischer Druck in kompressibler Strömung

Dynamischer Druck in kompressibler Strömung

1930
  • Ernst Mach
  • Ludwig Prandtl
  • Theodore von Kármán
Luft- und Raumfahrtingenieure bei der Analyse von Staudruckdaten in einem Hightech-Labor.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

In compressible flows, particularly at high speeds, dynamic Druck is related to Mach-Zahl ([latex]M[/latex]) and static pressure ([latex]p[/latex]). For an ideal gas, the relationship is given by [latex]q = \frac{1}{2} \gamma p M^2[/latex], where [latex]\gamma[/latex] is the ratio of specific heats. This formulation is crucial for supersonic and hypersonic aerodynamics, where fluid density changes significantly.

When a fluid’s speed approaches a significant fraction of the speed of sound, the assumption of constant density (incompressibility) breaks down. Changes in pressure cause significant changes in density, and thermodynamic effects become important. This is the realm of compressible flow. The simple formula [latex]q = \frac{1}{2} \rho u^2[/latex] is still used as a formal definition, but its relationship to pressure changes is more complex. The formula [latex]q = \frac{1}{2} \gamma p M^2[/latex] provides a direct link between dynamic pressure and the key parameters of compressible flow: static pressure ([latex]p[/latex]), the ratio of specific heats ([latex]\gamma[/latex], which is a property of the gas, approximately 1.4 for air), and the Mach number ([latex]M = u/a[/latex], where [latex]a[/latex] is the local speed of sound).

This equation is derived from the definition of Mach number and the ideal gas equation of state. It is fundamental in high-speed aerodynamics. For instance, the pressure measured at a stagnation point ([latex]p_0[/latex]) in supersonic flow is not given by the simple Bernoulli equation. Instead, it is related to the static pressure by the isentropic flow relations or, if a shock wave is present, by the Rankine-Hugoniot relations. In these calculations, the term [latex]\frac{1}{2} \gamma p M^2[/latex] frequently appears, representing the kinetic energy component of the flow in a thermodynamically consistent way. This is crucial for accurately predicting the extreme pressures and temperatures experienced by supersonic aircraft, re-entry capsules, and meteorites entering the atmosphere. The concept is also sometimes referred to as “impact pressure” in this context, emphasizing the pressure rise due to the fluid’s momentum being brought to rest.

UNESCO Nomenclature: 3301
- Luft- und Raumfahrttechnik

Typ

Abstraktes System

Störung

Wesentliche

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Ideales Gasgesetz
  • Prinzipien der Thermodynamik
  • Bernoulli’s principle for incompressible flow
  • Konzept der Schallgeschwindigkeit und Machzahl
  • Eulergleichungen für die Strömungsdynamik

Anwendungen

  • Design von Überschall- und Hyperschallflugzeugen
  • Design des Wärmeschutzsystems für Wiedereintrittsfahrzeuge
  • Raketendüsendesign und Leistungsanalyse
  • Entwicklung von Scramjet- und Staustrahltriebwerken
  • Hochgeschwindigkeits-Windkanaltests
  • Modellierung von Sternwinden und astrophysikalischen Jets

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

Aufgrund des hohen Datenverkehrs durch Web-Scraping-Bots, der derzeit mehr als 40.000 Anfragen pro Tag umfasst, ist dieser Inhalt ausschließlich Community-Mitgliedern vorbehalten.
> Anmelden < oder > Registrieren < (100% kostenlos) Zugriff darauf sowie auf alle anderen eingeschränkten Inhalte und Tools.

Related to: compressible flow, supersonic, hypersonic, mach number, dynamic pressure, gas dynamics, specific heat ratio, shock wave, aerodynamics, impact pressure.

Historischer Kontext

Dynamischer Druck in kompressibler Strömung

1925-01-01
1930
1930
1930
1930
1934
1940
1924
1927
1930
1930
1930
1930
1940
1940

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

Verwandte Erfindungen, Innovationen und technische Prinzipien

Bilder in voller Größe und Downloads sind nur für registrierte Mitglieder 100% kostenlos verfügbar.

> Login <