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请教激波是否是波(coolboy一定要进来看下)

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发表于 2015-4-17 11:34:04 | 显示全部楼层 |阅读模式

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        最近刚学习流体力学,发现对激波的概念不是很清晰,记得在本论坛一个帖子中看到coolboy的发问,激波是波吗?如果是,频率?周期?相位?
由此我把自己的理解写出来,请各位达人指教。
        首先我想激波之所以叫波,可能是因为作为流体中的扰动,其传播的速度与该流体中的机械波同速度,如果干扰源做振动,那么我们熟悉的有频率周期相位的,有压缩波和膨胀波交替出现的经典的波就出现了。所以作为特殊的压缩波,激波应该不是传统意义上的波。那么压缩波是什么样的呢?
        以一些书中假设的一维管中充满无粘的流体,一个活塞的压缩运动会产生压缩波为例。假设活塞的位移dx是瞬间完成的,也就是活塞的位移是一个阶跃函数。那么从活塞处开始会有一个压缩波向远离活塞的方向以当地音速传播这个扰动。按我的理解的这个压缩波可能有两种情况。
1.这个压缩波是类似于孤波的形状,或者理想的,它是一个冲击脉冲的形式向右移动(假设活塞向右压缩),也就是说在若干时间t1后,这个压缩波左边区域的压强和温度和右边相等。只有压缩波所在位置的极窄的区域内有很高的压强和温度。但这种情况和书上说后面的压缩波会因左边当地音速高而追上之前压缩波形成激波矛盾,也就是说在压缩波左右的区域一定不会是温度压强相等。所以压缩波不会是1假设的这种一个以脉冲形式的孤波向右移动的。那么情形可能是2
2.这个情形较复杂,所以专门画个图来说明。如图中所示。在活塞未产生阶跃的运动时,即t0时刻,管道中的压强均为p0,当活塞产生阶跃运动后,即t1时刻,假设管道面积为A,那么有dx(压缩距离)乘以A的体积的流体被压缩。由于压缩是阶跃瞬间完成的,这个扰动为向右传播。所以在活塞的贴近面上有极薄的一层压强近乎无穷大的压缩带,我们称之为压缩波。随着时间流逝至t2,扰动以音速向右传播至图中紫色线所示位置。这时之前压缩的体积Adx得到扩展,所以压缩波就是这个左边高温高压流体和右边低温低压流体的交界面。此时左边的压强为p2。p2的值明显小于p1.当时间到t3时,压缩波,也就是这个高低压的交界面移动到更靠右的位置。这时左边的压强下降到p3.但右边的压强还是p0.也就是说随着时间流逝,左边压缩的流体会膨胀以释放其对左边流体的压强不均衡。这个交界面就是所谓的压缩波。随着时间的流逝,压缩波左边的压强会越来越低只至其接近右边的压强。如果是这样的话,那么可以理解经过压缩波后流体升压升温。

    以上就是我作为流体力学初学者的一些浅薄理解,还请各位老师指点,不胜感激!

2015-4-16 21-18-08.jpg
发表于 2016-5-10 15:34:27 | 显示全部楼层
shock wave is not a wave with certain frequency or phase.

If you really want an answer in that language as 'wave',  and if you consider shockwave is a discontinuity, rather than a smooth transition in mean-free-path scale, the shockwave can be approximated by a superposition of an infinite wide harmonic waves.

This is not a surprise. This is basic theory of Fourier transform.  
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