由于分子排列的原因,液体不容易压缩,,而气体更易压缩。对于理想气体而言,压力、密度和温度存在确定的关系:
对于流体流动时,下游速度比上游慢,则处在中间的流体就会被压缩。在气流中,上游的气体以速度V压缩下游的气体,下游气体最快的逃跑速度也就是分子热运动的速度
不可压缩流动假设:不可压缩流动中,压力可以变化,但是流体不会被压缩。真实气体都很接近理想气体,所谓不可压缩流动只是工程上的近似假设。
不可压缩流动中质量守恒就是体积守恒。在不可压缩流动中,温度只受两种因素影响,摩擦和换热。很多流动都可以近似当作绝热无摩擦,这是流体的温度就保持不变,总温等于静温;压力受外力的影响(重力、惯性力、粘性力)。
将流动近似认为不可压缩流动有两个原因:一是当流体不可压缩后,各个方程都有一定程度的简化,有利于理论分析求解;二是不可压缩流动在绝热无粘时,流体内能不受流动影响。流体的机械能就是守恒的。
对于可压缩流动,流体体积并不守恒。在收缩通道,当流动处于亚音速,收缩使流体加速,但当流动处于超音速,情况相反,收缩使气体减速。为保证单位时间流过相同质量留档,下游横截面小的地方,气体密度增大很多。由于气流的压力信息以音速传播,亚音速气流,遇到收缩,上游压力增大,使气流加速;超音速气流,压力信息无法即使传到上游,所以当下游收缩时,上游的流体完全得不到通知,仍保持原速度,于是收缩处气体被堆积起来,使当地气体密度和压力增大,产生逆向压差力,使收缩处气流减速。
对于可压缩流动,即使管道横截面不变,密度也可能发生变化。下图中,越往下游密度越小,速度也越小。这是非定常流动,各个截面流量并不一定相等,可以理解为在进口处快速对流体施加一个力,让流体加速,这时下游来不及反应,就会形成该流动。如果是不可压缩,则左侧压力迅速传递到右侧,即右侧逃跑速度等于左侧压迫速度。可以得到结论:如果流动不可压缩,其中音速是无穷大的。
可压缩流动中温度的变化。气体减速时被压缩,温度上升。从能量角度观察,压缩加热其实是压缩功的体现。因此气体的压缩性是热机工作的基础,气体本身存储能量,对于燃气轮机,压缩机将气体压缩;燃烧室加温提升气体的膨胀能力,然后经涡轮膨胀做功。在满足自身运转的同时,热机产生剩余功,或称技术功。燃气轮机在开放环境工作,与内燃机不同,为保证气体可压缩性,气体必须保持运动。
超音速被减速时,经常会产生激波。图中红色表示激波的位置,在激波前,气流丝毫不减速,经过激波时,气流突然减速,压力突然跃升,激波后是亚音速流,逐渐减速到0。因为激波为强压缩波动,声音其实即使一种压力波,所以当激波扫过耳朵时,是可以听到,且非常响,一半爆炸产生都是激波,激波两侧压差非常大,因此破坏了强。