Language
Country/Area
No result found
سر رقم ماخ: كيفية قياس نسبة سرعة السائل إلى سرعة الصوت؟
في عالم ديناميكيات السوائل، يعد رقم ماخ قياسًا مهمًا بدون وحدات وله طريقة حسابية ومعناها الفريد. تمت تسمية رقم ماخ على اسم الفيزيائي والفيلسوف النمساوي إرنست ماخ ويمثل نسبة سرعة السائل أثناء عبوره للحدود إلى سرعة الصوت المحلية. يمكن أن تساعدنا هذه القيمة في فهم خصائص تدفق السوائل. وخاصة في مجالات الطيران والهندسة، يعد حساب وتطبيق رقم ماخ أمرًا بالغ الأهمية.
يمثل رقم ماخ نسبة سرعة التدفق إلى سرعة الصوت. عندما يكون رقم ماخ 1، تكون سرعة السائل مساوية تمامًا لسرعة الصوت.
حساب رقم ماخ وأهميته
صيغة حساب رقم ماخ هي M = u / c، حيث u تمثل السرعة المحلية للسائل وc تمثل السرعة المحلية للسائل. سرعة الصوت. إن النسبة بين الاثنين تجعل رقم ماخ مؤشرًا بلا أبعاد مع قابلية للتطبيق عالميًا. اعتمادًا على رقم ماخ، يمكننا تصنيف حالة السائل إلى عدة فئات، مثل دون سرعة الصوت (M < 1)، وفوق سرعة الصوت (M > 1) وفوق سرعة الصوت (M ≈ 10).
في الحالة دون الصوتية، يكون تأثير ضغط السائل صغيرًا، وغالبًا ما يتم استخدام معادلات مبسطة للسوائل غير القابلة للضغط للتنبؤ بسلوكها.
رقم ماخ وقابلية انضغاط السوائل
يؤثر حجم رقم ماخ بشكل مباشر على قابلية ضغط السائل. عند أرقام ماخ المنخفضة، يمكن تقريب السائل على أنه تدفق غير قابل للضغط، وهو أمر مهم للغاية لتصميم الطائرات وغيرها من المعدات الميكانيكية التي تنطوي على تدفق عالي السرعة. مع زيادة رقم ماخ، يصبح تدفق السوائل قابلاً للضغط بدرجة كبيرة، ويجب استخدام نماذج رياضية أكثر تعقيدًا للتحليل والتصميم. وخاصة في النطاق الأسرع من الصوت، يصبح التنبؤ بسلوك التدفق أكثر تحديًا. عندما يتحرك جسم بسرعة تفوق سرعة الصوت، فإن الموجات الصادمة التي تتولد عنه تؤثر حتما على السائل المحيط، مما يسبب موجات صادمة قوية، والتي هي مصدر الطفرة الصوتية.
تطبيق رقم ماخ
تتمتع أرقام ماخ بتطبيقات واسعة النطاق ومهمة، وخاصة في مجال الفضاء. بالنسبة للطائرة، لا يؤثر رقم الماخ على تصميمها فحسب، بل يؤثر أيضًا على أدائها وتشغيلها. إن فهم تأثير التغيرات في رقم ماخ على مجال التدفق حول الطائرة يمكن أن يساعد المهندسين على وضع تصميمات أفضل للتغلب على حاجز الصوت. بالإضافة إلى ذلك، يساعد رقم ماخ أيضًا في حساب أنظمة السوائل الأخرى في التصميم الهندسي، مثل تصميم الفوهة وأجهزة التحكم في تدفق الغاز، والتي تتضمن جميعها مفهوم رقم ماخ.
عندما تخترق طائرة حاجز الصوت، فإنها تخلق فرقًا هائلاً في ضغط الرياح يسمى موجة الصدمة، مما يتسبب في دوي الصوت الذي يُسمع عندما تتجاوز الطائرة سرعة الصوت.
تدفق السوائل بسرعة عالية في القناة
عندما يمر السائل عبر قناة، فإن التغييرات في رقم ماخ تؤثر على التغييرات في سرعة التدفق. في حالة السرعة دون الصوتية، يؤدي تضييق القناة إلى زيادة سرعة التدفق، في حين تنعكس هذه العلاقة عندما يدخل التدفق في نظام السرعة فوق الصوتية. في هذا الوقت، توسيع القناة سوف يؤدي إلى زيادة معدل التدفق. لتحقيق التدفق الأسرع من الصوت، يجب على المصممين استخدام فوهة متقاربة متباعدة تسمح للسائل بالتسارع بسلاسة.
يسمح الانقباض الضيق للتدفق بالوصول إلى سرعات صوتية، في حين يستمر التوسع اللاحق في تسريع التدفق إلى سرعات تفوق سرعة الصوت.
طرق حساب رقم ماخ
في التطبيقات الواقعية، تقوم أدوات الطيران عادةً بحساب رقم ماخ عن طريق قياس فروق الضغط بدلاً من استخدام درجة الحرارة بشكل مباشر. إن استخدام قياسات الضغط المختلفة لتقدير رقم ماخ يسمح للمهندسين بفهم الحالة الحالية للطائرة بسرعة وضبط العمليات لضمان السلامة. خاتمةرقم ماخ هو مؤشر لنوع تدفق السوائل وخصائصها. من خلال فهم أرقام الماخ وحسابها، لا يمكننا فقط تصميم طائرات أكثر أمانًا، بل يمكننا أيضًا استكشاف المزيد من تطبيقات التدفق عالي الكفاءة. هل تساءلت يومًا كيف ستستخدم التكنولوجيا المستقبلية أرقام ماخ للارتقاء بتجربة الطيران البشري إلى المستوى التالي؟
