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Presión dinámica en flujo compresible

1930
  • Ernst Mach
  • Ludwig Prandtl
  • Theodore von Kármán
Ingenieros aeroespaciales analizan datos de presión dinámica en un laboratorio de alta tecnología.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

En los flujos compresibles, sobre todo a altas velocidades, la dinámica presión está relacionado con Número de Mach ([latex]M[/latex]) y la presión estática ([latex]p[/latex]). Para un gas ideal, la relación viene dada por [latex]q = \frac{1}{2} \gamma p M^2[/latex], donde [latex]\gamma[/latex] es la relación de calores específicos. Esta formulación es crucial para la aerodinámica supersónica e hipersónica, donde la densidad del fluido cambia significativamente.

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
- Ingeniería y tecnología aeronáuticas

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Sustancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Ley de los gases ideales
  • Principios de la termodinámica
  • Principio de Bernoulli para el flujo incompresible
  • Concepto de la velocidad del sonido y número de Mach
  • Ecuaciones de Euler para dinámica de fluidos

Aplicaciones

  • diseño de aviones supersónicos e hipersónicos
  • Diseño del sistema de protección térmica del vehículo de reentrada
  • Diseño y análisis del rendimiento de las toberas de cohetes
  • Desarrollo de motores estatorreactores y estatorreactores
  • pruebas en túnel de viento de alta velocidad
  • modelado de vientos estelares y chorros astrofísicos

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: flujo compresible, supersónico, hipersónico, número mach, presión dinámica, dinámica de gases, relación de calor específico, onda de choque, aerodinámica, presión de impacto.

Contexto histórico

Presión dinámica en flujo compresible

1925-01-01
1930
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1934
1940
1924
1927
1930
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1940
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(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

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