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膨胀波

流体力学的基本概念

流体力学的基本概念之一，指流体中扰动区与未扰动区的分界面，流体通过此界面会压力降低。膨胀波问题中一个典型例子是超音速气流绕凸角的定常流动，这种流动称为普朗特-迈耶尔流动。在这种流动中，气流逐渐从一个方向转到另一个方向，同时不断加速。

膨胀波的形成
设有流速为M的定常直匀超音速气流沿直壁AOB由左向流来，如图1所示，略去壁面的摩擦作用，直壁AOB和气流完全平行，它对气流是不产生任何扰动的。现假定在壁面的o点有一微小毛疵，这毛疵会对流场产生一个极微弱的扰动，扰动的传播线是马赫线OL，OL和壁面之间的夹角是对应于M的马赫角μ。
图1 来流示意
在二维和三维定常超声速气流中，扰动和未扰动区的分界面就是马赫波（见马赫锥）。超声速气流经过一系列马赫波膨胀加速，也称为膨胀波。定常超声速气流绕凸壁表面和凹壁表面的流动就是膨胀波和压编波的典型例子（图2）。当气流绕凸壁表面时（图2a），气流的马赫数逐渐增大，马赫角逐渐减小，依次的波逐渐向下游倾斜，形成向下游张开的一个扇形连续膨胀区（见普朗特－迈耶尔流动）。超音速气流受外凸扰动时，流管截面积是增大的，此时气流速度必然要加速，同时压强、温度、密度等参数相应地降低。因此，超音速气流流经由微小外折角所引起的微弱扰动波是膨胀波。
图2 二维定常超声速气流中的膨胀波
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