حسین اتحادی یکشنبه 14 دی 1393 05:34 ب.ظ نظرات ()

عدد ماخ (Much number) یک عدد بی بعد است که بیان کننده نسبت سرعت جسم در سیال به سرعت صوت در همانسیال می باشد. و معمولا برای نشان دادن سرعت جسمی که نزدیک به سرعت صوت یا بالاتر از آن حرکت می کند، استفاده می شود.(هواپیما)

M=v/a

M: عدد ماخ

V: سرعت جسم

a: سرعت صوت

عدد ماخ به طور معمول برای سیالاتی که در سرعت های بالا مانند دیفیوزر، نازل یا تونل باد کار می کنند استفاده می شود.

در شرایط استاندارد در سطح آزاد دریا (دمای 15 درجه سلسیوس) سرعت صوت 340.3 m/s است. عدد ماخ 1 ثابت نیست بلکه بستگی به دما و شرایط محلی و فشار دارد. به طور مثال با افزایش سرعت صوت دما زیاد شده یعنی سرعت واقعی جسم در ماخ 1 بستگی به دمای اطراف آن سیال دارد. این عدد، عدد مهمی است چرا که رفتار سیالات در یک عدد ماخ، مشابه همدیگر است.

در سرعت نزدیک صوت میدان جریان اطراف شی شامل هر دو بخش زیر و مافوق صوت است. در ماخ بزرگتر از 1  محدوده سرعت "نزدیک صوت" شی را فرا می گیرد. در ایرفول ها مانند بال هواپیما این اتفاق در بالای بال می افتد. جریان های مافوق صوت در شوک های نرمال سرعتشان تا "سرعت نزدیک" صوت کم می شود.(شکل a)

عدد ماخ جریان هوای

عدد ماخ جریان هوای"نزدیک صوت" در اطراف ایرفول

همانطور که سرعت افزایش می یابد، ناحیه M>1 در پشت و لبه ها افزایش می یابد. در M=1 شوک نرمال لبه ها ضعیف شده و جریان بعد از شوک کاهش پیدا می کند. سرعت جریان بعد از شوک کم می شود ولی همچنان مافوق صوت باقی می ماند. حال یک شوک طبیعی در جلوی جسم ایجاد می شود و تنها منطقه مافوق صوت در این جریان یک منطقه کوچک در اطراف لبه جسم است.(شکل b)

 

مافوق صوت

صوت

نزدیک صوت

زیر صوت

جریان

1.2-5

1

0.8-1.2

<1

ماخ

 

وقتی عدد ماخ در هواپیما بیش از 1 باشد تفاوت فشار زیادی در جلوی بدنه هواپیما به وجود می آید. این اختلاف فشار ناگهانی موج شوک نامیده می شود و تا عقب هواپیما به حالت مخروطی گسترش می یابد(اصطلاحا ماخ مخروطی). این موج شوک ایجاد انفجار صوتی می کند و زمانی که هواپیما از بالای سر ما می گذرد قابل شنیدن است. اما مسافران داخل هواپیما این صدا را نمی شوند. در سرعت های بالاتر این موج مخروط باریک تر می شود. در ماخ 1 به سختی مانند مخروط است و بیشتر شکل مقعر به خود می گیرد.

در سرعت های مافوق صوت، موج شوک شروع شده و حالت مخروطی شکل به خود می گیرد، جریان کاملا مافوق صوت است و یک منطقه بسیار کوچکی از جریان در دماغه "زیر صوت" باقی می ماند.( در اجسام نوک تیز هیچ هوایی بین دماغه و موج شوک وجود ندارد. موج شوک از دماغه شروع می شود.)

با افزایش عدد ماخ موج شوک قوی تر شده و مخروط ماخ بسیار باریک می شود. با عبور سیال از موج شوک سرعت کم شده و فشار و دما و چگالی افزایش می یابد. شوک قوی تر تغییرات بزرگتری در بر خواهد داشت. در ماخ های بالا، دما آنقدر زیاد شده که یونیزاسیون و تفکیک مولکول های گاز در پشت موج شوک ایجاد می شود. این جریان ها را مافوق صوت گویند. از این رو انتخاب مواد مقاوم در برابر گرما اهمیت زیادی دارد.

عدد ماخ به عنوان پارامتر تشابهی در بسیاری از معادلات جریان های تراکم پذیر، امواج ضربه ای و انبساطی کاربرد دارد. در تستتونل باد ممکن است عدد ماخ بین شرایط آزمایش و شرایط پرواز مطابقت داشته باشد. این کاملا نادرست است که ضریب درگ را در سرعت کم در نظر بگیریم(200 مایل بر ساعت) و آن را در دو برابر سرعت صوت به کار بریم (حدود 1400 مایل بر ساعت). تراکم هوا از لحاظ فیزیکی در این دو شرایط متفاوت است.

عدد ماخ بستگی به سرعت صوت در گاز و سرعت صوت نیز بسته به نوع و دمای گاز دارد. سرعت صوت در سیارات مختلف متفاوت است. اتمسفر زمین تشکیل شده از گازهای دو اتمی اکسیژن و نیتروژن و دما نیز به ارتفاع بستکی دارد. دانشمندان و مهندسان ناسا یک مدلی از جو برای کمک کردن به تغییرات دما در ارتفاعات مختلف طراحی کرده اند. جو مریخ هم بیشتر از دی اکسید کربن تشکیل شده پس مدل مشابهی از جو مریخ نیز موجو است. این به شما این امکان را می دهد تا از تغییرات سرعت صوت در سیارات دیگر نیز مطلع شوید.