Choque (dinámica de fluidos)

El choque es una discontinuidad abrupta en el campo de flujo y ocurre en flujos cuando la velocidad de 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 pulsos de presión pequeños. 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, el objeto envía perturbaciones que se propagan a la velocidad del sonido y ajusta el campo de flujo restante en consecuencia. ^{[ aclaración necesaria ]} Sin embargo, si el objeto en sí viaja a una velocidad mayor que el sonido, entonces las perturbaciones creadas por el objeto no se habrían desplazado ni comunicado al resto del campo de flujo y esto da como resultado un cambio abrupto de propiedad, que se denomina choque 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 recorridos libres medios (del orden de 10 ⁻⁸  m). Los choques son sucesos irreversibles en 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 las propiedades aguas arriba y el índice 2 se refiere a las propiedades aguas abajo. El subíndice 0 se refiere a las 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 .

Véase 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.