Choque (dinámica de fluidos)

El choque es una discontinuidad abrupta en el campo de flujo y ocurre en los flujos cuando la velocidad del flujo local excede la velocidad del sonido local . ^[1] Más específicamente, es un flujo cuyo número de Mach excede 1.

Explicación de los fenómenos.

El choque se forma debido a la coalescencia de varios pequeños pulsos de presión. Las ondas sonoras son ondas de presión y es a la velocidad de la onda sonora que las perturbaciones se comunican en el medio. Cuando un objeto se mueve en un campo de flujo, envía perturbaciones que se propagan a la velocidad del sonido y ajusta el campo de flujo restante en consecuencia. ^{[ se necesita aclaración ]} Sin embargo, si el objeto en sí viaja a una velocidad mayor que la del sonido, entonces las perturbaciones creadas por el objeto no habrían viajado ni comunicado al resto del campo de flujo y esto resulta en un cambio abrupto de propiedad, que se denomina shock en la terminología de dinámica de gases.

Los choques se caracterizan por cambios discontinuos en las propiedades del flujo, como la velocidad , la presión , la temperatura , etc. Normalmente, el espesor del choque es de unos pocos caminos libres medios (del orden de 10 ⁻⁸  m). Los choques son sucesos irreversibles en los flujos supersónicos (es decir, la entropía aumenta).

Fórmulas de choque normales

${\displaystyle \mathbf {T_{02}} =\mathbf {T_{01}} }$

${\displaystyle M_{2}=({\frac {{\frac {2}{\gamma -1}}+{M_{1}}^{2}}{{\frac {2\gamma }{\gamma -1}}{M_{1}}^{2}-1}})^{0.5}}$

${\displaystyle {\frac {p_{2}}{p_{1}}}={\frac {1+\gamma M_{1}^{2}}{1+\gamma M_{2}^{2}}}={\frac {2\gamma }{\gamma +1}}M_{1}^{2}-{\frac {\gamma -1}{\gamma +1}}}$

${\displaystyle {\frac {T_{2}}{T_{1}}}={\frac {1+{\frac {\gamma -1}{2}}M_{1}^{2}}{1+{\frac {\gamma -1}{2}}M_{2}^{2}}}={\frac {(1+{\frac {\gamma -1}{2}}M_{1}^{2})({\frac {2\gamma }{\gamma -1}}M_{1}^{2}-1)}{\frac {(\gamma +1)^{2}M_{1}^{2}}{2(\gamma -1)}}}}$

${\displaystyle {\frac {a_{2}}{a_{1}}}={({\frac {T_{2}}{T_{1}}})}^{0.5}}$

${\displaystyle {\frac {\rho _{2}}{\rho _{1}}}={\frac {p_{2}}{p_{1}}}{\frac {T_{1}}{T_{2}}}}$

${\displaystyle {\frac {p_{01}}{p_{1}}}=(1+{\frac {\gamma -1}{2}}M_{1}^{2})^{\frac {\gamma }{\gamma -1}}}$

${\displaystyle {\frac {p_{02}}{p_{2}}}=(1+{\frac {\gamma -1}{2}}M_{2}^{2})^{\frac {\gamma }{\gamma -1}}}$

Donde, el índice 1 se refiere a propiedades aguas arriba y el índice 2 se refiere a propiedades aguas abajo. El subíndice 0 se refiere a propiedades totales o de estancamiento. T es la temperatura, M es el número de Mach, P es la presión, ρ es la densidad y γ es la relación de calores específicos .

Ver también

• Número de Mach
• Barrera del sonido
• flujo supersónico

Referencias

1. Courant, Richard y KO Friedrichs. Flujo supersónico y ondas de choque . Springer Science & Business Media, 1999. 2-3.