
【化】 shock wave
激波(shock wave)是氣體、液體或等離子體介質中傳播的一種強間斷壓力波,其形成通常與物體運動速度超過介質聲速或劇烈能量釋放(如爆炸)相關。根據《中國大百科全書》第三版網絡版的流體力學詞條,激波通過介質時會引發壓強、溫度和密度的突躍變化,這種不連續特性可通過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$rho$為密度,$u$為速度,$p$為壓強,$h$為焓值(下标1、2分别代表激波前後狀态)。
在航空航天領域,激波現象被廣泛應用于超音速飛行器設計。美國國家航空航天局(NASA)的跨聲速風洞實驗表明,激波與邊界層相互作用會導緻氣動加熱效率提升3-5倍。核工業領域則通過激波控制技術實現爆轟波定向傳播,相關成果已被收錄于《氣體動力學前沿》學術專著。
激波是氣體、液體或固體介質中傳播的一種特殊波動現象,其核心特征是物理參數(如壓強、密度、溫度)在波陣面處發生突躍式變化。以下從定義、形成機制、分類及特性等方面詳細解釋:
激波(Shock Wave)是介質中因強烈壓縮形成的非線性波動,表現為波陣面前後物理參數的劇烈突變。例如,超音速氣流經過激波時,流速會驟降至亞音速,同時壓強、密度和溫度顯著升高()。這種變化幾乎是瞬間完成的,與普通聲波的連續傳播不同,具有強間斷性()。
當物體以超音速運動時,其産生的擾動無法及時向前傳播,導緻擾動能量在物體前方疊加,形成集中的強壓縮波。這一過程稱為激波()。例如,超音速飛機飛行時,前方空氣被劇烈壓縮,産生激波并伴隨“音爆”現象()。
激波在古漢語中曾有“急浪”“揚波”之意(),但現代科學術語已特指上述物理現象。若需深入數學描述,激波的壓強躍變可通過以下公式近似表示: $$ frac{P_2}{P_1} = frac{2gamma}{gamma+1}M - frac{gamma-1}{gamma+1} $$ 其中,( P_1 )、( P_2 ) 為波前、波後壓強,( gamma ) 為氣體比熱容比,( M ) 為馬赫數。
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