壓縮波

在氣體動力學中，波是擾動區和未擾動區的分界面。若穿過此界面，擾動使氣體的壓強升高，則此波稱為壓縮波；反之稱為膨脹波。一維非定常流動中的壓縮波的形成可用圖1説明。圖1a上方表示一個原來裝有壓強和密度分別為p₀，和的靜止氣體的管道。當活塞以無限小的速度dv向右運動時，活塞右側相鄰的一層氣體被壓縮，壓強和密度分別升高一個微量dp和，並被迫以與活塞同樣的速度向右運動。接着，已運動的氣體又推動右邊相鄰的氣體。如此一層一屋往右傳播，即活塞的運動在靜止氣體中產生擾動並以一定的速度在未擾動氣體中傳播。這種微弱擾動的傳播速度等於聲速。過一定時間後，擾動傳播到A-A'位置，AA'面便是擾動和未擾動區域的分界面。這個分界面就是壓縮波。圖1a下方表示在某一對應的瞬間氣體壓強p沿管長x的分佈。反之，若活塞以速度dv向左運動，產生的擾動使活塞右側氣體壓強和密度減小，相應的波稱為膨脹波。壓縮波和膨脹波有一個根本區別：對於一系列前後相繼的壓縮波（圖1b），後面的波的傳播速度比前面的波快，最終可能疊在一起形成一道突躍的壓縮波，即激波；膨脹波則相反，不會形成突躍的膨脹波。一維非定常波主要用來分析各種管道中的非定常流動。在二維和三維定常超聲速氣流中，擾動和未擾動區的分界面就是馬赫波（見馬赫錐）。超聲速氣流經過一系列馬赫波膨脹加速，也稱為膨脹波，若增壓減速，則稱為壓縮波。定常超聲速氣流繞凸壁表面和凹壁表面的流動就是膨脹波和壓編波的典型例子（圖2）。當氣流繞凸壁表面時（圖2a），氣流的馬赫數逐漸增大，馬赫角逐漸減小，依次的波逐漸向下遊傾斜，形成向下遊張開的一個扇形連續膨脹區（見普朗特－邁耶爾流動）。繞凹壁則情況相反（圖2b），諸波依次有匯交的趨勢，在諸壓縮波匯交時，一系列微弱壓縮波疊在一起，形成激波。在定常超聲速氣流中，氣體速度，壓強等的變化都是以壓縮波、膨脹波或激波的形式出現的。

圖1 一維非定常流動中的壓縮波

圖2 二維定常超聲速氣流中的膨脹波和壓縮波