
【化】 shock wave
激波(shock wave)是气体、液体或等离子体介质中传播的一种强间断压力波,其形成通常与物体运动速度超过介质声速或剧烈能量释放(如爆炸)相关。根据《中国大百科全书》第三版网络版的流体力学词条,激波通过介质时会引发压强、温度和密度的突跃变化,这种不连续特性可通过Rankine-Hugoniot方程描述: $$ rho_1 u_1 = rho_2 u_2 rho_1 u_1 + p_1 = rho_2 u_2 + p_2 h_1 + frac{u_1}{2} = h_2 + frac{u_2}{2} $$ 式中$rho$为密度,$u$为速度,$p$为压强,$h$为焓值(下标1、2分别代表激波前后状态)。
在航空航天领域,激波现象被广泛应用于超音速飞行器设计。美国国家航空航天局(NASA)的跨声速风洞实验表明,激波与边界层相互作用会导致气动加热效率提升3-5倍。核工业领域则通过激波控制技术实现爆轰波定向传播,相关成果已被收录于《气体动力学前沿》学术专著。
激波是气体、液体或固体介质中传播的一种特殊波动现象,其核心特征是物理参数(如压强、密度、温度)在波阵面处发生突跃式变化。以下从定义、形成机制、分类及特性等方面详细解释:
激波(Shock Wave)是介质中因强烈压缩形成的非线性波动,表现为波阵面前后物理参数的剧烈突变。例如,超音速气流经过激波时,流速会骤降至亚音速,同时压强、密度和温度显著升高()。这种变化几乎是瞬间完成的,与普通声波的连续传播不同,具有强间断性()。
当物体以超音速运动时,其产生的扰动无法及时向前传播,导致扰动能量在物体前方叠加,形成集中的强压缩波。这一过程称为激波()。例如,超音速飞机飞行时,前方空气被剧烈压缩,产生激波并伴随“音爆”现象()。
激波在古汉语中曾有“急浪”“扬波”之意(),但现代科学术语已特指上述物理现象。若需深入数学描述,激波的压强跃变可通过以下公式近似表示: $$ frac{P_2}{P_1} = frac{2gamma}{gamma+1}M - frac{gamma-1}{gamma+1} $$ 其中,( P_1 )、( P_2 ) 为波前、波后压强,( gamma ) 为气体比热容比,( M ) 为马赫数。
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