百科网

首页 > 文化教育 > 科学探索

科学探索

给屁股加上收缩管道,放屁能超音速吗

科学探索万象经验2023-05-08

为了获得问题的答案,我们先来了解一段历史。19世纪末蒸汽机已经相当成熟了,但是为了进一步提高蒸汽机的效率,需要用高速气流冲击蒸汽涡轮机。当时人们已经知道了上述流体力学知识,并试图用收缩管道制造超音速气流。尽管他们一再提高压力,最终都无法取得成功。

1983年,一位名叫拉瓦尔的瑞典工程师,设计了一种先收缩后扩张的管道,才成功解决了这个超音速难题。后来,这种管道被称为拉瓦尔管道,我们在火箭发动机和航空发动机可以看到它的身影。那么,为什么单纯的收缩管道不能产生超音速气流,一定要先收缩再扩张的管道才行?

事实上,这个问题最好的理解方式是进行公式推导。我们所需要的只是两个简单的方程:流量守恒和牛顿第二定律。

首先是流量守恒,有多少气体流入就有多少气体流出,于是我们有以下公式:

然后对上式左右两边都除以ρAV,得到: