Número de Mach
Uno de los parámetros mas importantes de los flujos unidimensionales que se
presentan en el análisis de flujo compresible, es el numero de Mach(M) el cual es la relación de la velocidad local del flujo a la velocidad local del sonido
dentro del fluido.
donde V es la velocidad local, y la velocidad del sonido. El numero de Mach es una de las medidas de la importancia que tienen en un flujo determinado, los
efectos de la compresibilidad.
En el sentido de fuerzas, el numero de Mach es la relación existente entre las
fuerzas inerciales y las fuerzas originadas por la compresibilidad del fluido. El
numero de Mach es un termino constantemente utilizado por los
ingenieros aerodinámicos, para tratar el movimiento de los fluidos sobre los
objetos.
Ernst Mach
El número de Mach recibió ese nombre en honor a Ernst Mach (1838 -1916), quien condujo los primeros experimentos significativos relacionados con el vuelo supersónico en la universidad de Praga, Alemania.
Regímenes de flujo según M:Teniendo como base el numero de Mach se definen generalmente cinco regímenes de flujo, en la siguiente forma:
• El numero de Mach es pequeño en comparación con la unidad (aproximadamente 0.2 en un gas perfecto). En esta clasificación, los efectos de compresibilidad se consideran, generalmente insignificantes
Régimen incompresible
• El numero de Mach es inferior a la unidad, pero tiene una magnitud suficiente para quedar fuera de la clasificación del régimen de un flujo incompresible.
Régimen subsónico
• El numero de Mach es muy cercano a uno, es decir varia de valores ligeramente menores a la unidad y escasamente superiores a ella.
Régimen transónico
• : Es donde el numero de Mach es superior a la unidad.Régimen
supersónico
• Es cuando el numero de Mach es muy superior a la unidad.Régimen hipersónico
¿Cómo se mide Mach?Sea un objeto diminuto que se desplaza en el aire a una
velocidad V < c; el movimiento del objeto crea perturbaciones de presión, las cuales se propagan
esféricamente hacia el exterior a partir del objeto, con una velocidad del sonido .
Si el objeto no estuviera en movimiento, los frentes de onda se extenderían esféricamente, y
tendría las posiciones que se ilustran a continuación, en
intervalos sucesivos de tiempo.
Los frentes de onda emergen para formar un frente plano y el fluido que esta delante de este frente no recibe ningún efecto del movimiento de la
partícula. Si por algún motivo la velocidad local es mayor que
la velocidad del sonido, las pulsaciones individuales se combinan para formar un
patrón cónico, como se ilustra a continuación:
A este patrón se le conoce con el nombre de cono de Mach. El fluido que esta por
delante del cono, no tiene ninguna perturbación, pero repentinamente sufre
cambios de presión, temperatura y densidad, conforme atraviesa el cono de
Mach.
Cuando un flujo atraviesa cambios repentinos a atravesar una onda, a esta ultima se le denomina onda de choque.
Se ha logrado hacer visibles los gradientes de densidad en un flujo,
utilizando un sistema óptico fotográfico, conocido con el nombre de aparato de
Schlieren.
Para esto el modelo se debe montar en un túnel de viento o aerodinámico, para que
las ondas de choque sean claramente visibles
¿Para qué se utiliza el numero de Mach?
Los números Mach 1, Mach 2, Mach 3, etc. se utilizan para indicar la velocidad de un avión
u objeto en comparación con la
velocidad del sonido. Mach 2, por ejemplo, significa que el avión vuela a dos veces la
velocidad del sonido.