kompressibilitetseffekter

Kompressibilitetseffekter refererer til at tettheten i et fluid varierer som følge av trykk- og temperaturendringer når flyten ikke er inkompressibel. Slike effekter blir særlig relevante når flytens karakteristiske hastighet nærmer seg lydhastigheten i mediet eller når trykkvariasjonene er betydelige nok til å påvirke tettheten.

Mach-tallet M defineres som forholdet mellom en karakteristisk hastighet og lydhastigheten i mediet. For lavt M (vanligvis M < 0,3) kan tetthetsendringer ofte neglisjeres og flyten behandles som inkompressibel. Ved høyere M, spesielt rundt og over 1, blir compressibilitet tydelig i trykk- og temperaturfelt, i sjokkbølger ved supersonisk flyging og i isentropiske opp- og nedbøyninger som følge av koblingen mellom trykk, tetthet og temperatur.

Isentropiske forhold mellom trykk og tetthet følger p ∝ ρ^γ for et ideelt gas, der γ er adiabatiske konstanten. Lydhastigheten er a = sqrt(γ R T), og endringer i temperatur påvirker både tetthet og trykk. I praksis fører compressibilitet til bølger og spredning av akustisk energi; i høyhastighetsflyt kan også sjokkbølger og ekspansjonsfans dannes, med sterke trykk- og temperaturfall eller -økninger.

Betydningen av kompressibilitet finner man i aerodynamikk og romfart: oppførsel av trykk- og kraftkurver for fly og raketter; i turbomaskiner og rørstrømmer, hvor hastigheten er betydelig.

Modellering: For inkompressibel flyt brukes ofte forenklinger; for kompressibel flyt løses Navier-Stokes-ligninger med energiligning og en tilstandslikning (oftest ideell gass). Isentropiske antagelser brukes som første tilnærming, mens reelle forhold krever å ta hensyn til varme, tetthet og sjokker.