马赫数在流体力学和工艺工程中是一个非常重要的概念。马赫数被广泛用于相对于声速的速度比较。它是流体动力学研究中一个非常重要的参数。马赫数也用来确定流体的可压缩性。在这篇文章中，我们将学习更多关于马赫数，它的重要性，和方程。
马赫数是多少?
马赫数的定义是物体在介质中的速度除以该介质中的声速。它是一个无量纲的数字，用来比较物体的速度和声速。马赫数通常用符号“M”表示。
马赫数(M) =[物体速度(u)] /[声速(c)]
马赫数是无量纲的，因为它们被定义为两个速度之比。当M <0.2 ~ 0.3为准稳态等温流动时，可压缩性影响较小，可视为不可压缩流体。
马赫数是以奥地利哲学家和物理学家恩斯特·马赫的名字命名的。因为这是一个无量纲的量，不是一个可测量的单位，这个数字被放在马赫之后，比如马赫4而不是4马赫。
马赫数是用来干什么的?
马赫数用来确定流动是不可压缩的还是可压缩的。介质可以是气态或液态。马赫数还有很多其他的应用如下:
- 速度或速度比较
- 在确定声振发生概率的同时，了解流体的声态。
- 在研究火箭和飞机的运动时，马赫数是一个非常重要的参数。
- 马赫数是研究阻塞流和喷嘴流动的一个重要参数。
- 对激波的研究也依赖于马赫数。
压缩性和马赫数
压缩和膨胀是流体的重要性质。流体可以是液体也可以是气体。如果压缩和膨胀对密度(kg/m)有很大的影响，就说流体是可压缩的3.)。另一方面，如果压缩和膨胀对流体的密度没有显著影响，则该流体是不可压缩的。不可压缩液体的体积不随压力或温度的变化而变化，其密度被视为常数。液体总是被认为是不可压缩的，因为它们的密度随压力和温度的变化较小。严格地说，不存在完全不可压缩的流体。然而，如果密度随压力或温度的变化很小，将流体近似为不可压缩，可大大简化计算。
流体(空气/气体)在特定马赫数下受压缩比的影响类似，与其他变量无关。声速为340.3米/秒(116.5英尺/秒;761.23英里/小时)，以国际标准大气(International Standard Atmosphere)为模型，海平面以上空气干燥，标准温度为15°C(59°F)。声速不是恒定的。在气体中，温度的上升与绝对温度的平方根成比例，当海拔上升到11000米(36089英尺)时，温度通常会下降，所以声速也会下降。例如，标准大气模型在海拔11000米(36089英尺)的高度将温度降低到-56.5°C(-69.7°F)，相应的声速(1马赫)为295.0米/秒(967.8英尺/秒)。659.9英里/小时)，海平面的86.7%。
声波速度
当某一点的压力增加时，邻近分子的位置就会发生微小的变化。如果流体是不可压缩的，那么运动是无限快的。大多数流体在某种程度上是可压缩的，因此这个时间是有限的。如果有一个突然的变化，或流体移动迅速，那么这段时间是重要的。
对于热完美气体，关系式是:
c =√(γRT)
我们可以把气体的速度(u)表示成声速的函数
M = u / c
- 式中M为马赫数;
- 当M < 1亚音速时
- M = 1音速
- M > 1超音速
- c =声速(m/s)
- 比热比
- R =比气体常数(J / mol;K)
- T =流体温度(K)
马赫数公式
如上所述，马赫数的方程由
马赫数M = u / c
其中马赫数为m，根据极限值，局部流速为u，该介质中的声速为c。
可以说，声速相当于1马赫的速度。因此，0.75马赫是声速的75%，也就是亚音速，1.65马赫比光速快65%，也就是超音速。
在给定的温度和压力下，由局部声速引起的马赫数取决于周围的介质。这种流动可以用马赫数确定为不可压缩流动。介质可以是液体也可以是气体。当边界稳定时，介质可以流动，或者边界在静止介质中移动。介质和边界都可以以一定的速度移动，但彼此的速度很重要。介质可以通过风洞等多种设备或淹没在介质中。马赫数被称为无因次数，因为它表示两个速度之比。
马赫数的分类及重要性
利用马赫数，可压缩流动在名义上可以分为:
[1]不可压缩流:M = 0。液体密度不随流场压力的变化而变化。流动的流体可以是可压缩的气体，但其密度可以认为是恒定的。
[2]亚音速流:0 < M < 1。马赫数在流场中的任何地方都不超过1。流动中不产生激波。在工程实践中，M <0.3的亚声速流动常被认为是不可压缩的。
[3]跨声速流:流动马赫数在0.8 ~ 1.2的范围内。可能会产生冲击波。跨音速流的分析是困难的，因为控制方程是非线性的，通常不可能分离流动的非粘性和粘性方面。
[4]超音速流:M > 1。冲击波很常见。在许多方面，分析到处都是超音速的流动比分析亚音速或不可压缩的流动要容易。这是因为信息沿着被称为属性的特定方向传播，而确定这些方向大大简化了流场的计算。
[5]高超音速流:M > 3。由于分子解离和其他化学效应，非常高的流速加上摩擦波或冲击波会导致液体中足够大的温度上升。
通过喷嘴的马赫数和流量
对于喷嘴和扩压器的流量，控制方程为:
(M2∂(u)/u] =[∂(A)/A]
- 如果我们假设流动是亚音速的(M < 1)，那么M2 - 1 < 0
- 所以∂(A)和∂(u)是相反的符号
- 也就是说，∂(A)增加，∂(u)减少
- 如果我们假设流动是超音速的(M > 1)，那么M2 - 1 >
- 所以∂(A)和∂(u)是同一个符号
- 也就是说，∂(A)增加∂(u)也增加
- 对于M = 1，∂(A)必须为零。它的二阶导数是正的，所以A是最小值。
- 换句话说，如果气流是音速的，那么喉部也一定是音速的
有关马赫数的常见问题
1.最高马赫速度是多少?
吉尼斯世界纪录授予NASA的X-43A超燃冲压喷气发动机一项新的喷气发动机飞机速度世界纪录，9.6马赫，或约7000英里每小时。2004年11月16日，X-43A在第三次也是最后一次飞行中创造了新的标准，并创造了自己的世界纪录。
2.压力会影响马赫数吗?
随着马赫数的增大，激波强度也随之增大，马赫数锥越来越窄。当流体流经激波时，它的速度会减慢，温度、压力和密度也会增加。
3.温度会影响马赫数吗?
空气越热，密度越低，声速越慢，要达到相同的马赫数，地面上的速度就越快。
4.任何东西能达到10马赫吗?
2004年11月16日，美国国家航空航天局(NASA)创造了历史，将第一架呼吸式高超音速飞机X-43A送入大气层，速度达到了10马赫。与助推器分离后，X-43A使用超燃冲压发动机推进，以接近10倍音速(7000英里/小时)的速度加速到约11万英尺。
5.高超声速比超音速快吗?
超音速是1马赫的速度，高超音速是5马赫的速度。超音速比声速快，而高超声速是声速的五倍。协和式飞机是唯一的超音速客机，但没有所谓的超音速客机。
6.超音速是多少马赫?
超音速是物体的速度超过音速(1马赫)。对于在海拔20°C(68°F)的干燥空气中移动的物体，这个速度大约是343.2米/秒(1126英尺/秒;768英里/小时;1236公里/小时)。
7.哪个马赫数被认为是可压缩性的开始?
只有当马赫数大于0.3时，气体才被认为是可压缩的。因此，当马赫数小于0.3时，液体密度变化不大，认为气体不可压缩。
8.哪个马赫数小于1 ?
当马赫数小于1且M <1时，出现亚音速条件。在最低亚音速条件下，压缩比可以忽略不计。当物体的速度接近声速时，飞行马赫数近似等于1,M = 1，这种流动称为跨音速流动。
9.为什么马赫数在可压缩流中很重要?
当马赫数很高时，流体被认为是可压缩的;当马赫数较低时，随着压力的变化，体积保持不变，流动变得不可压缩。当马赫数小于0.3时，机械方法是不可压缩流动。新利luck体育官方网址
10.空气在什么速度下可压缩?
在速度低于100米/秒时，空气被视为不可压缩流体，在速度高于100米/秒时，空气被视为可压缩流体。
11.什么是可压缩流和不可压缩流?
流体力学中可压缩流和不可压缩流的区别在概念上很简单。可压缩流体在流动过程中会发生密度变化，但不可压缩流体不会。
12.从空速转到马赫的高度是多少?
当使用自动驾驶仪飞行超过20000英尺时，飞行员从空速指示器切换到马赫(声速)指示器，因为空速读数在高空且不准确。
13.当飞机以恒定的马赫数爬升时会发生什么?
大气压力、密度和温度随着高度的下降而下降，所以当飞行马赫数恒定时，飞机实际上不断地加速或减速到气团中，不断地上升或下降。
14.马赫数是随高度增加还是减少?
由于声速随温度升高而升高，而温度一般随高度降低，因此某一特定马赫数的真实空速一般随高度降低。
15.为什么在高海拔地区使用马赫数?
马赫数被定义为与声速相关的速比。换句话说，空气的温度和密度随着高度的降低而降低，声速也随之降低。因此，一定的真实速度会导致更高的高度和更高的马赫数。
