موجة الصدمة العادية هي ظاهرة تحدث للغازات المثالية عندما يحصل تغير سريع ومفاجئ في حالتها. عندما يتحرك الغاز فان جزيئاتها تنحرف حول حول الجسم. إذا كانت سرعة الجسيم اقل من سرعة الصوت الغازية, فان كثافة الغاز لا تتغير وهذا يفسره ان الزخم والطاقة مصونان. لكن حينما تزداد سرعة الجسيم وتقارب سرعته سرعة الصوت, فعندها يجب الاخذ بعين الاعتبار تاثيرات الانضغاط على الغاز.
التدفق القابل للانضاظ
إذا كان التدفق قابلاً للانضاظ في مسار قليل الانحرافات, فان التدفق عكسوي والانتروبيا ثابته. لكن إذا كان التدفق سريع وسرعته تفوق سرعة الصوت وفي نفس الوقت يوجد تغير مفاجئ في مساحة مسار التدفق, فان التدفق في هذه الحالة يصبح غير عكسوي والانتروبيا في ازدياد. بشكل عام, موجة الصدمة تتكون حينما تتغير خصائص الغاز بمقدار كبير ومفاجئ. خلال موجة الصدمة فإن الضغط الساكن والحرارة وكثافة الغاز تزداد لحظياً. موجة الصدمة لا تضيف أو تستهلك شغل فلذلك لن يكون هناك أي تبادل حراري وأيضا لهذا السبب فان الاثلبيا والحرارة ثابتين. لكن, عملية موجة الصدمة ليست عملية متساوية الانتروبية, فلذلك مجموع الضغط في اتجاه التيار دائماً اقل من مجموع الضغط عكس التيار ويفسر تلك الخسارة في الضعط, ان موجة الصدمة تساهم في خسارة الضغط. التغيير في مجموع الضغط أثناء موجة الصدمة يجعل معادلة بيرنولي غير صالحة وفي نفس الوقت رقم ماخ وسرعة التدفق تقل أيضا.
موجة الصدمة العادية
إذا كانت موجة الصدمة عامودية على اتجاه مسار التدفق فان هذه الظاهرة تسمى موجة الصدمة العادية. وفي الأسفل مجموعة من المعادلات التي تفسر متغيرات التدفق أثناء موجة الصدمة العادية. المعادلات الآتية تم استنتاجها من قانون حفظ الكتلة والزخم والطاقة.
أثناء عملية موجة الصدمة العادية فان رقم ماخ يقل ويمكن تفسير ذلك من خلال هذه المعادلة:
M1^2 = [(gam - 1) * M^2 + 2] / [2 * gam * M^2 - (gam - 1)]
درجة الحرارة لا تتغير خلال موجة الصدمة العادية
Tt1 / Tt0 = 1
درجة الحرارة الساكنة تزداد:
T1 / T0 = [2 * gam * M^2 - (gam - 1)] * [(gam - 1) * M^2 + 2] / [(gam + 1)^2 * M^2]
الضغط الساكن يزاداد:
p1 / p0 = [2* gam * M^2 - (gam - 1)] / (gam + 1)
الكثافة تتغير:
r1 / r0 = [(gam + 1) * M^2 ] / [(gam -1) * M^2 + 2]
مجموع الضعط يتغير إلى:
pt1 / pt0 = {[(gam + 1) * M^2 ] / [(gam - 1) *M^2 + 2]}^[gam/(gam-1)] * {(gam + 1) /[2 * gam * M^2 - (gam - 1)]}^[1/(gam - 1)]
الجزء الأيمن لكل المعادلات السابقة يعتمد على رقم ماخ. يمكن التعرف على جميع الظروف والحالات المتعلقة بموجة الصدمة العادية إذا كان رقم ماخ متاح.
اقرأ أيضا
- رقم كنودسن
- ميكانيك الموائع
- عملية متساوية الضغط
- عملية متساوية الحجم
- عملية كظومة
- قانون الغازات المثالية
- ديناميكا حرارية
- دالة الحالة
- عمل (ترموديناميك)
- ميكانيك لاغرانج
- معادلة هاميلتون
- ستة درجات حرية
- طاقة حرارية
- تغير حالة
- معامل ثبات الإنتروبية
- عملية متساوية الإنثالبي
المصادر
C. Borgnakke & R. E. Sonntag (2009). Fundementals of Thermodynamics 7th ed. WILEY: New Jersey.