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.