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可压缩流中的动压力

1930
  • Ernst Mach
  • Ludwig Prandtl
  • Theodore von Kármán
航空航天工程师在高科技实验室分析动态压力数据。.

(图片仅供参考)

在可压缩气流中,尤其是在高速气流中,动态 压力 与 马赫数 ([latex]M[/latex]) 和静压 ([latex]p[/latex])。对于理想气体,两者关系为 [latex]q = \frac{1}{2} 。\gamma p M^2[/latex],其中 [latex]\gamma[/latex] 是比热比。这一公式对超音速和超音速空气动力学至关重要,因为在超音速和超音速空气动力学中,流体密度会发生显著变化。.

当流体的速度接近于 声速, 在这种情况下,密度恒定(不可压缩)的假设就被打破了。压力的变化会引起密度的显著变化,热力学效应变得非常重要。这就是可压缩流动的范畴。简单公式 [latex]q = \frac{1}{2}\rho u^2[/latex] 仍被用作正式定义,但它与压力变化的关系更为复杂。公式为 [latex]q = \frac{1}{2} \gamma p M^2[/latex]\gamma p M^2[/latex] 提供了动压与可压缩流关键参数之间的直接联系:静压([latex]p[/latex])、比热比([latex]\gamma[/latex],这是气体的属性,空气约为 1.4)和马赫数([latex]M = u/a[/latex],其中 [latex]a[/latex] 为本地声速)。.

该方程源于马赫数的定义和理想气体状态方程。它是高速空气动力学的基础。例如,在超音速气流中的停滞点([latex]p_0[/latex])测得的压力并不是由简单的 伯努利 方程。相反,它与静压之间的关系是等熵流关系,如果存在冲击波,则是兰金-胡戈尼奥特(Rankine-Hugoniot)关系。在这些计算中,术语 [latex]\frac{1}{2} (伽马 p M^21TP4\γ p M^2[/latex] 经常出现,它以热力学一致的方式代表了流动的动能分量。这对于准确预测超音速飞机、重返大气层舱和进入大气层的陨石所经历的极端压力和温度至关重要。在这种情况下,这一概念有时也被称为 “冲击压力”,强调的是流体动量静止时产生的压力上升。.

UNESCO Nomenclature: 3301
- 航空工程与技术

类型

抽象系统

中断

重大的

用法

广泛使用

前体

  • 理想气体定律
  • 热力学原理
  • 不可压缩流动的伯努利原理
  • Concept of the speed of sound and 马赫数
  • 流体动力学的欧拉方程

应用程序

  • 超音速和高超音速飞机的设计
  • 再入飞行器热防护系统设计
  • 火箭喷管设计与性能分析
  • 超燃冲压发动机和冲压发动机的开发
  • 高速风洞测试
  • modeling of stellar winds and astrophysical jets

专利:

NA

潜在创新理念

  • 高超音速飞行器的自适应热防护系统,利用实时可压缩流分析来主动冷却前缘
  • 超燃冲压发动机具有动态调整进气口几何形状的功能,可以在各种马赫数范围内保持最佳冲击波位置和燃烧效率
  • advanced computational fluid dynamics (cfd) solvers for 天体物理学 that model 超新星 explosions and accretion disks using compressible dynamic pressure formulations
  • 使用聚焦超声(一种可压缩流体现象)来分解肾结石的非侵入性医疗诊断工具
  • 超音速材料加工技术,利用气体射流高精度切割或处理表面
  • 下一代风洞,可模拟高超音速飞行条件,用于测试再入飞行器模型
  • 超音速飞机的主动降噪技术,可预测并抵消音爆的形成
  • 用于卫星的流星体撞击预警系统,模拟小颗粒撞击产生的动态压力
  • laser-induced plasma channels for directed energy weapons, where the channel’s stability is governed by compressible gas dynamics
  • 先进的内燃机模型将燃料-空气爆炸视为可压缩流动现象,以优化效率并减少爆震
Related to: compressible flow, supersonic, hypersonic, mach number, 动态压力, gas dynamics, specific heat ratio, shock wave, aerodynamics, impact pressure.

历史背景

可压缩流中的动压力

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

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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