壅塞

【流动现象的独特表现：壅塞现象】

在管道流动的某个特定时刻，当某一截面处的流速达到声速时，会呈现一种特殊的流动现象壅塞。这一现象的表现在于，无论管道出口外的压强如何降低，声速截面前的流速、压强等都保持恒定，相应地流量也保持不变。这一现象在多种情境下均可能出现，例如超声速风洞、飞机进气道、摩擦管以及加热管等。

让我们深入其中的超声速风洞中的壅塞现象。当风洞启动时，随着入口和出口的压强比逐渐增大，洞中的流速也随之增大。当拉瓦尔管喉道截面处的流速达到声速时，其下游便会出现一段超声速流动区和起动激波。在正常起动过程中，当压强比达到某一值时，起动激波会通过实验段，完成起动。如果第二喉道截面不够大，在起动激波尚未通过实验段时，该截面处的流速便已达到声速。无论压强比如何增大，起动激波都无法继续向下游移动，实验段的气流也无法达到超声速，导致出现起动壅塞的现象。为了避免这种现象，第二喉道的横截面积必须足够大。

飞机进气道中的壅塞现象也是值得关注的一个方面。当进气道远前方气流的马赫数小于1时，随着气流速度的增大，喉道处的流速和流量都会增加。但当喉道处的马赫数达到1时，流量不再增加，只在喉道后出现超声速流和激波。而当远前方气流的马赫数大于1时，超声速气流直接进入进气道，不受干扰。如果喉道面积足够大，所有进入的气体都能通过，进气道不会壅塞。反之，如果喉道面积过小，能够通过的流量小于直接进入的流量时，就会发生喉道壅塞。这不仅会导致飞机所受阻力大大增加，还会使发动机的推力显著减小。

除了上述与喉道有关的壅塞，还有因摩擦作用和加热作用导致的壅塞，分别称为摩擦壅塞和加热壅塞。在实际管道中，壅塞往往是几何、摩擦和加热共同作用的结果。这一流动现象对于理解和优化管道流动、风洞设计以及飞机进气系统设计都具有重要意义。