Mach-getal
In vloeidinamika, is die Mach-getal (M of Ma) (uitgespreek "mag") 'n dimensielose hoeveelheid wat die verhouding tussen vloei snelheid relatief tot 'n grens (termodinamiese grens tussen die sisteem en die omgewing) en die lokale spoed van klank voorstel.
In alledaagse taal word die mach-getal gebruik as die meting van snelheid relatief tot die spoed van klank. In die geval is Mach die aantal keer wat 'n voorwerp vinniger as die spoed van klank gaan (Mach 3 beteken bv. die voorwerp beweeg drie keer vinniger as die spoed van klank). In vloeidinamika is dit egter meer kompleks en kan wiskundig as volg voorgestel word:
waar
- M die Mach-getal is,
- u die lokale vloei snelheid is met verwysing na die grens tussen die sisteem (bv. die vlerk van 'n vliegtuig) en die omgewing, en
- c die spoed van klank in die medium is.
Omdat vloei snelheid 'n vektor hoeveelheid is wat gedeel word deur 'n skalaar om die mach-getal te kry beteken dit dat die mach-getal ook 'n vektor hoeveelheid is. Die mach-getal het dus grootte en rigting maar nie 'n eenheid nie.
In vloeidinamika is die mach-getal nie beperk tot voorwerpe (vaste liggaam) nie maar kan ook die vloei van partikels in 'n kanaal wees (bv. windtonnel).
Vloei Om 'n Vaste Liggaam
[wysig | wysig bron]| Subsonies | Transonies | Sonies | Supersonies | Hipersonies | Hoë-Hipersonies | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Mach | <0.8 | 0.8–1.2 | 1.0 | 1.2–5.0 | 5.0–10.0 | >10.0 |
Vir die vloei van lug om 'n vliegtuig se vlerk word die vlerk as staties beskou en die lug partikels wat beweeg rondom die vlerk (sien relatiewe snelheid). In praktyk is dit andersom.
|
|
| (a) | (b) |
Soos gesien kan word uit figuur (a) het die lug-partikels wat bo die vlerk verby gaan 'n verder afstand wat afgelê moet word om dieselfde verplasing as die partikels onder die vlerk te verkry. Dit moet in dieselfde tydsduur gebeur en beteken dat die boonste partikels vinniger sal moet beweeg. As 'n voorwerp teen transsoniese snelhede beweeg sluit die vloei veld rondom die voorwerp beide sub- en supersoniese dele in. Die lug digtheid van die area bo die vlerk verminder. Die transsoniese gebied begin gewoonlik waar die eerste M>1 areas begin vorm. In die geval van 'n vlerkprofiele, gebeur hierdie tipies bo die vlerk.
Supersoniese vloei kan slegs terug keer na subsoniese vloei deur middel van 'n normale skok soos die vloei stadiger raak (hierdie gebeur tipies voor die agterkant van die vlerk soos in die skets gesien). Die energie wat die lug in die vorm van snelheid besit het (kinetiese energie) moet nou van ontslae geraak word. Dit gebeur in die vorm van 'n skokgolf. Dit verklaar die soniese skokgolf wat gehoor kan word as 'n supersoniese vliegtuig oor 'n waarnemer vlieg. Hierdie konsep is nie beperk tot 'n vlerk van 'n vliegtuig nie kan in verskeie ander toepassings gesien word.