
【化】 dilatation wave
膨胀波(Expansion Wave)是流体力学和空气动力学中的重要概念,指流体在超音速流动中因流道扩张或压力梯度变化形成的波系,其传播方向与流体运动方向垂直,导致流体压力降低、速度增加。该术语在汉英词典中通常对应"expansion wave"或"rarefaction wave"的译法。
基本特性
膨胀波产生于超音速气流遇到凸形表面(如机翼后缘或喷管扩张段)时,表现为连续的压力降低过程。根据普朗特-迈耶流动理论,其数学描述为: $$ theta = sqrt{frac{gamma+1}{gamma-1}} arctan{sqrt{frac{gamma-1}{gamma+1}(M-1)}} - arctan{sqrt{M-1}} $$ 其中$gamma$为比热容比,$M$为马赫数。
与压缩波的对比
膨胀波与激波(压缩波)构成超音速流动的两种基本波系(来源:《空气动力学基础》第3章)。前者通过等熵过程降低压力,后者则以突跃形式提高压力。
在材料科学领域,该术语可指代金属塑性变形过程中晶格结构的扩展现象(来源:《固体力学进展》第12卷)。地质学中则用于描述地壳应力释放形成的波动传播模式。
膨胀波是超音速气流中特有的物理现象,其核心特征为气流通过膨胀波时速度增加,同时压力、密度和温度降低。以下是综合多个来源的详细解释:
定义与基本原理
膨胀波是超音速气流在遇到外凸壁面或流道面积增大时产生的弱扰动波系。它由一系列连续的马赫波组成,导致气流参数(速度、压力等)发生连续且等熵的变化。例如,当超音速气流流经凸角时,流管截面积扩大,气流加速膨胀形成膨胀波(如右图示意)。
形成条件与特点
数学描述与参数变化
膨胀波的传播方向与波前气流速度方向夹角为马赫角 ( mu ),满足 ( sinmu = 1/M )。通过膨胀波后,气流速度 ( v uparrow )、压力 ( p downarrow )、密度 ( rho downarrow )、温度 ( T downarrow )。
与压缩波的区别
应用领域
膨胀波是超音速流动的重要现象,其等熵加速特性在航空航天和流体机械中具有关键应用。若需更深入的数学推导或图示,可参考空气动力学教材或专业文献。
【别人正在浏览】