محدودیت عدد ماخ

View Categories

محدودیت عدد ماخ

3 min read

محدودیت عدد ماخ
یک عدد بدون بعد مهم در دینامیک سیالات، عدد ماخ، Ma است که توسط آن تعریف شده است
که در آن a سرعت صوت است. یک جریان به طور رسمی تراکم ناپذیر است زمانی که Ma  =  0 باشد . این از نظر تئوری با اجازه دادن به سرعت صوت به سمت بی نهایت به دست می آید. سپس معادلات ناویر-استوکس این خاصیت ریاضی را دارند که اختلالات فشار فوراً در کل دامنه منتشر می شوند. این منجر به یک سیستم معادله سهموی می شود.
معادله تکانه، معادله 7-24 ، برای جریان ناپایدار سهموی و برای جریان ثابت بیضوی است، در حالی که معادله پیوستگی، معادله 7-23 ، هم برای جریان ثابت و هم برای جریان ناپایدار هذلولی است. بنابراین سیستم ترکیبی معادلات ترکیبی سهموی-هذلولی برای جریان ناپایدار و ترکیبی بیضوی-هذلولی برای جریان ثابت است. یک استثنا زمانی رخ می دهد که عبارت ویسکوز در معادله 24-7به طور محو شدنی کوچک می شود، مثلاً در یک مرز خروجی، در این صورت معادله تکانه به صورت محلی هذلولی می شود. تعداد شرایط مرزی برای اعمال بر روی مرز بستگی به تعداد مشخصه‌هایی دارد که در حوزه محاسباتی منتشر می‌شوند. برای سیستم صرفاً هذلولی، تعداد مشخصه‌هایی که از مرز به دامنه منتشر می‌شوند، با عبور عدد ماخ از وحدت تغییر می‌کند. از این رو، تعداد شرایط مرزی مورد نیاز برای به دست آوردن یک سیستم عددی خوب نیز باید تغییر کند. فرمول تراکم پذیر رابط های آرام و آشفته از شرایط مرزی مشابه فرمول تراکم ناپذیر استفاده می کند، که به این معنی است که رابط های تراکم پذیر برای جریان هایی با عدد ماخ بزرگتر یا مساوی یک مناسب نیستند. با این حال، حد عملی عدد ماخ کمتر از یک است. دلیل اصلی این است که طرح عددی (پایداری و شرایط مرزی) رابط جریان آرام جهت و سرعت امواج فشار را تشخیص نمی‌دهد. معادلات کاملاً تراکم پذیر ناویر-استوکس، برای مثال، شروع به نمایش گرادیان های بسیار واضح در اعداد ماخ متوسط ​​می کنند. اما تثبیت برای رابط جریان تک فاز لزوماً این شیب ها را در بر نمی گیرد. نمی‌توان حد دقیقی را تعیین کرد که در آن رژیم اعداد ماخ کم به پایان می‌رسد و رژیم اعداد ماخ متوسط ​​شروع می‌شود، اما یک قانون کلی این است که اثرات عدد ماخ شروع به ظاهر شدن می‌کنند. شروع به نمایش گرادیان های بسیار واضح از قبل در اعداد ماخ متوسط. اما تثبیت برای رابط جریان تک فاز لزوماً این شیب ها را در بر نمی گیرد. نمی‌توان حد دقیقی را تعیین کرد که در آن رژیم اعداد ماخ کم به پایان می‌رسد و رژیم اعداد ماخ متوسط ​​شروع می‌شود، اما یک قانون کلی این است که اثرات عدد ماخ شروع به ظاهر شدن می‌کنند. شروع به نمایش گرادیان های بسیار واضح از قبل در اعداد ماخ متوسط. اما تثبیت برای رابط جریان تک فاز لزوماً این شیب ها را در بر نمی گیرد. نمی‌توان حد دقیقی را تعیین کرد که در آن رژیم اعداد ماخ کم به پایان می‌رسد و رژیم اعداد ماخ متوسط ​​شروع می‌شود، اما یک قانون کلی این است که اثرات عدد ماخ شروع به ظاهر شدن می‌کنند.Ma   0.3 . به همین دلیل، فرمول تراکم پذیر به عنوان جریان تراکم پذیر (Ma<0.3) در COMSOL Multiphysics شناخته می شود.