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圧縮性流体における動圧

1930
  • Ernst Mach
  • Ludwig Prandtl
  • Theodore von Kármán
Aerospace engineers analyzing dynamic pressure data in a high-tech laboratory setting.

(画像はイメージです)

圧縮性流れ、特に高速では、動的 プレッシャー は マッハ数 ([latex]M[/latex])と静圧([latex]p[/latex])の関係が成り立ちます。理想気体の場合、関係は[latex]q = frac{1}{2} gamma p M^2[/latex]で与えられます。ここで、[latex]gamma[/latex]は比熱の比です。この定式化は、流体密度が大きく変化する超音速および極超音速空力学において非常に重要です。

流体の速度が、 音速, 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).

この方程式は、マッハ数の定義と理想気体の状態方程式から導出されます。これは高速空気力学において基本となります。例えば、超音速流におけるよどみ点([latex]p_0[/latex])で測定される圧力は、単純な式では与えられません。 ベルヌーイ 方程式。代わりに、静圧とは等エントロピー流れの関係、または衝撃波が存在する場合はランキン・ユゴニオの関係によって関連付けられます。これらの計算では、熱力学的に整合性のある方法で流れの運動エネルギー成分を表す項 [latex]frac{1}{2} gamma p M^2[/latex] が頻繁に現れます。これは、超音速航空機、再突入カプセル、および大気圏に突入する隕石が経験する極端な圧力と温度を正確に予測するために重要です。この概念は、この文脈では「衝撃圧力」とも呼ばれ、流体の運動量が静止することによる圧力上昇を強調します。

UNESCO Nomenclature: 3301
航空工学および技術

タイプ

抽象システム

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • 理想気体の法則
  • 熱力学の原理
  • 非圧縮性流体に対するベルヌーイの原理
  • Concept of the speed of sound and マッハ数
  • 流体力学におけるオイラー方程式

アプリケーション

  • 超音速機および極超音速機の設計
  • 再突入機の熱防護システムの設計
  • ロケットノズルの設計と性能解析
  • スクラムジェットエンジンとラムジェットエンジンの開発
  • 高速風洞試験
  • modeling of stellar winds and astrophysical jets

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • adaptive thermal protection systems for hypersonic vehicles that use real-time compressible flow analysis to actively cool leading edges
  • scramjet engines with dynamically adjusting inlet geometries to maintain optimal shock wave position and combustion efficiency across a range of mach numbers
  • advanced computational fluid dynamics (cfd) solvers for astrophysics that model supernova explosions and accretion disks using compressible dynamic pressure formulations
  • non-invasive medical diagnostic tools that use focused ultrasound (a compressible fluid phenomenon) to break up kidney stones
  • supersonic material processing techniques that use gas jets to cut or treat surfaces with high precision
  • next-generation wind tunnels that can simulate hypersonic flight conditions for testing re-entry vehicle models
  • active noise cancellation technology for supersonic aircraft that predicts and counteracts the formation of sonic booms
  • meteoroid impact warning systems for satellites that model the dynamic pressure exerted by small particle impacts
  • laser-induced plasma channels for directed energy weapons, where the channel’s stability is governed by compressible gas dynamics
  • advanced internal combustion engine models that treat the fuel-air explosion as a compressible flow phenomenon to optimize efficiency and reduce knock
Related to: compressible flow, supersonic, hypersonic, mach number, dynamic pressure, gas dynamics, specific heat ratio, shock wave, aerodynamics, impact pressure.

歴史的背景

圧縮性流体における動圧

1925-01-01
1930
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1934
1940
1924
1927
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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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