gassdynamikk

Gassdynamikk er en gren av fluiddynamikk som studerer bevegelse og varierende tetthet i gasser, særlig når kompresjon og hastigheter nærmer seg eller overstiger lydens hastighet. Forskningen kombinerer kinematiske, dynamiske og termodynamiske prinsipper for å beskrive hvordan trykk, temperatur, tetthet og hastighet utvikler seg i gassstrømmer som går gjennom ventiler, kanaler, turbomaskiner og rakettmotorer.

De grunnleggende ligningene i gassdynamikk er kontinuitetsligningen (masse bevares), bevaring av moment (Euler-likningen for ideelle, ikke-viskøse væsker) og energiligningen. For en ideell gass følger tilstandslikningen p = ρ R T, og hastigheten av lyd er a = sqrt(γ p/ρ). Mach-tallet M = v/a skiller subsonisk, transonisk og supersjonisk flyt. Isentrope, adiabatiske og reversible prosesser gir ofte nyttige forhold mellom trykk, tetthet og temperatur, som brukes i analyser av kompressible flyter.

Viktige fenomener inkluderer bølger og sjokker som oppstår ved komprimering av gasser, samt ekspansjon og utlegsling gjennom ventiler og sprøyteskip. Sjokker er endotermiske prosesser som øker entropi; de følger Rankine–Hugoniot-likningene. I supersjonisk flyt er ofte en kombinasjon av konvergerende og divergerende kanaler (de Laval-ventiler) nødvendig for å oppnå høye hastigheter. Prandtl–Meyer-ekspansjon beskriver issentropiske utvidelser ved skarpt vinklede kanter.

Anvendelser omfatter luftfart og romfart, rakettmotorer og jetmotorer, termisk styring i HVAC-systemer, samt konstruksjon av vindtunneler og turbomaskiner. Metoder fra gassdynamikk brukes også i numeriske simuleringer (CFD) for å løse de kompressible Navier–Stokes-likningene.