Resolvendo parâmetros críticos em fluxos supersônicos: Número de Mach e Formação de ondas de choque

Os fluxos supersônicos são caracterizados por velocidades superiores à velocidade do som em um meio. Compreender os parâmetros críticos, como número de Mach e formação de ondas de choque, é essencial para analisar e projetar sistemas aerodinâmicos de alta velocidade.

Número Mach em Fluxos Supersônicos

O número Mach é uma quantidade dimensional que representa a relação da velocidade de um objeto com a velocidade local do som. É calculado como M = v / a, onde v é a velocidade de fluxo e a] é a velocidade do som.

Em fluxos supersônicos, o número Mach excede 1,0. À medida que o número Mach aumenta, as propriedades de fluxo, como pressão, temperatura e densidade, mudam significativamente, afetando o comportamento do fluxo em torno dos objetos.

Formação de ondas de choque

As ondas de choque são descontinuidades abruptas no fluxo onde propriedades como pressão, temperatura e densidade aumentam drasticamente. Eles se formam quando a velocidade de fluxo excede a velocidade local do som, fazendo com que as ondas de compressão coalesçam em uma onda de choque.

As ondas de choque podem ser classificadas como oblíquas ou normais, dependendo da sua orientação em relação ao fluxo. As ondas de choque normais enfrentam diretamente o fluxo e causam uma diminuição súbita no número de Mach, enquanto as ondas de choque oblíquas estão inclinadas e resultam em uma mudança na direção do fluxo.

Calculando Parâmetros Críticos

Determinando o número Mach no qual forma de ondas de choque envolve analisar as condições de fluxo e aplicar as relações de choque. O número Mach crítico é o número Mach mínimo no qual uma onda de choque aparece em uma determinada configuração de fluxo.

As equações-chave incluem as relações normais de choque, que relacionam as propriedades do fluxo a montante e a jusante. Por exemplo, a relação de pressão através de um choque normal é dada por:

P2 / P1 = 1 + 2γ / (γ + 1) * (M12 - 1)

onde γ é a relação de calor específica e M1 é o número Mach a montante.