Ondas de choque

12.12 – Onda de choque normal

Considerando que há apenas duas soluções isoentrópicas num escoamento de conduto convergente/divergente, uma supersônica e outra subsônica, uma onda de choque é um fenômeno não-isoentrópico formado quando a pressão a jusante for menor do que a pressão da solução supersônica e diferente da pressão da solução subsônica. A onda é resultado da descontinuidade no escoamento divergente, que resultará numa variação abrupta nas propriedades do fluido, ao se adaptar às condições energéticas do reservatório a jusante. Tal variação ocorre através de uma seção cuja espessura é de ordem de grandeza tão pequena 〖(10〗^(-7) m) que pode ser considerada nula para efeitos práticos. Por não ser isoentrópico, o fenômeno é irreversível, logo há aumento de entropia e não há troca de calor com o meio devido à ausência de área lateral do tubo de corrente, caracterizando-o como adiabático. Nota-se pelo fato da entropia aumentar que há uma perda de energia e consequentemente uma alteração brusca na condição de estagnação, principalmente a pressão, já que a temperatura permanecerá constante, resultado do escoamento adiabático. Um exemplo bem ilustrativo desse fenômeno seria um avião ao ultrapassar a velocidade do som. O movimento supersônico cria um “cone”, ou seja, um acúmulo de ondas de pressão, conhecido como “cone de Mach”, formada pela compressão da umidade do ar.

12.12.1 – Equacionamento matemático da onda de choque

Equação da continuidade:

ρ_x v_x A_x= ρ_y v_y A_y,

como as duas seções ‘x’ e ‘y’ possuem a mesma área: A_x= A_y, logo:

ρ_x/( ρ_(y ) )= v_y/( v_(x ) )

Equação da energia: (Considera-se a perda de carga q = 0)

(v_x^2)/2+ h_x= (v_y^2)/2+ h_y
(v_x^2)/2+ c_p T_x= (v_y^2)/2+ c_p T_y

, onde h_ = entalpia por unidade de peso, e c_(p )= calor específico à pressão constante.

Equação da quantidade de