導讀：1.可壓縮性的定義；2.流體可壓縮性的體現形式；3.不可壓縮流動與可壓縮流動。可壓縮性的定義

可壓縮性是物質受到外界壓力時體積減小的容易程度，用壓縮系數Beta表示可壓縮性： V表示體積，p表示壓力。  表示容易壓縮的程度，其倒數  體積彈性模量表示不易壓縮的程度。對于固體而言，彈性并不需要體積的減小來產生。例如夾扁時，固體的體積并沒有變化，但是它有彈性，因此壓縮性對固體意義不大。而對于流體，必須體積發生改變才會有彈性，所以壓縮性通常指的是流體力學的概念。流體可壓縮性的體現形式

由于分子排列的原因，液體不容易壓縮，，而氣體更易壓縮。對于理想氣體而言，壓力、密度和溫度存在確定的關系: 

對于空氣，常數R=287.06。可以看出，如果保持溫度不變則密度與壓力成正比。但是等溫壓縮并不容易實現，如氣缸壓縮氣體時，假設氣體與外界絕熱，則氣體分子與活塞的膨脹可以看作是彈性的，當活塞不懂時，每個分子彈回去的速度都等于撞上去的速度，相當于宏觀上氣體溫度不變，當活塞向內運動時，與它碰撞的分子會以更快的速度彈回。它們在與氣體沒和活塞碰撞的氣體分子碰撞，導致整個內部的氣體分子熱運動速度加快，于是溫度上升；活塞向外運動，與此相反，會導致內部氣體溫度降低。如果忽略摩擦，并認為氣體與外界絕熱，這個壓縮就是等熵壓縮，實際的壓縮通常接近等熵壓縮，而不是等溫壓縮。

 

很顯然，等溫壓縮更容易，因為等熵壓縮導致氣體溫度升高，而氣體溫度越高抵抗壓縮的力量越強。常溫空氣下，等溫壓縮系數與等熵壓縮系數之比大概為  ,這個比值也成為絕熱指數k，它表示等熵壓縮時，密度隨壓力的變化程度。我們可以認為氣體只在有外部壓力時才存在，地表的大氣是因為地球的引力才能保持一定的壓力。氣體永遠存在向外膨脹的趨勢，膨脹的速度就是分子熱運動的速度。前面的討論是針對封閉空間的壓縮性，而對于開放環境的壓縮性，壓力如何建立？舉個例子，對于剛體圓棒，從左側推動，右側則會以相同速度運動；對于彈簧，即使左側不固定，也可以一定程度壓縮彈簧，原因是逃跑速度不夠快。因此可以認為開放環境下，即使逃走速度小于壓迫速度，就會被壓縮。壓縮越嚴重，右端逃跑越快。這對應。氣體被壓縮后溫度上升，熱運動速度增大。

 

可壓縮流動與不可壓縮流動

對于流體流動時，下游速度比上游慢，則處在中間的流體就會被壓縮。在氣流中，上游的氣體以速度V壓縮下游的氣體，下游氣體最快的逃跑速度也就是分子熱運動的速度  ,宏觀上就是氣體的音速。馬赫數  代表了流動中氣體的壓縮程度。空氣從  減速到0密度增加4%，在工程允許的誤差中，因此工程上常把  的流動當作不可壓縮處理。當馬赫數較大，密度變化大，可壓縮性不可忽略。氣體加速運動，會由于壓力下降而膨脹。

 

不可壓縮流動假設：不可壓縮流動中，壓力可以變化，但是流體不會被壓縮。真實氣體都很接近理想氣體，所謂不可壓縮流動只是工程上的近似假設。

 

不可壓縮流動中質量守恒就是體積守恒。在不可壓縮流動中，溫度只受兩種因素影響，摩擦和換熱。很多流動都可以近似當作絕熱無摩擦，這是流體的溫度就保持不變，總溫等于靜溫；壓力受外力的影響（重力、慣性力、粘性力）。

將流動近似認為不可壓縮流動有兩個原因：一是當流體不可壓縮后，各個方程都有一定程度的簡化，有利于理論分析求解；二是不可壓縮流動在絕熱無粘時，流體內能不受流動影響。流體的機械能就是守恒的。

對于可壓縮流動，流體體積并不守恒。在收縮通道，當流動處于亞音速，收縮使流體加速，但當流動處于超音速，情況相反，收縮使氣體減速。為保證單位時間流過相同質量留檔，下游橫截面小的地方，氣體密度增大很多。由于氣流的壓力信息以音速傳播，亞音速氣流，遇到收縮，上游壓力增大，使氣流加速；超音速氣流，壓力信息無法即使傳到上游，所以當下游收縮時，上游的流體完全得不到通知，仍保持原速度，于是收縮處氣體被堆積起來，使當地氣體密度和壓力增大，產生逆向壓差力，使收縮處氣流減速。

 

對于可壓縮流動，即使管道橫截面不變，密度也可能發生變化。下圖中，越往下游密度越小，速度也越小。這是非定常流動，各個截面流量并不一定相等，可以理解為在進口處快速對流體施加一個力，讓流體加速，這時下游來不及反應，就會形成該流動。如果是不可壓縮，則左側壓力迅速傳遞到右側，即右側逃跑速度等于左側壓迫速度。可以得到結論：如果流動不可壓縮，其中音速是無窮大的。

 

可壓縮流動中溫度的變化。氣體減速時被壓縮，溫度上升。從能量角度觀察，壓縮加熱其實是壓縮功的體現。因此氣體的壓縮性是熱機工作的基礎，氣體本身存儲能量，對于燃氣輪機，壓縮機將氣體壓縮;燃燒室加溫提升氣體的膨脹能力，然后經渦輪膨脹做功。在滿足自身運轉的同時，熱機產生剩余功，或稱技術功。燃氣輪機在開放環境工作，與內燃機不同，為保證氣體可壓縮性，氣體必須保持運動。

 

超音速被減速時，經常會產生激波。圖中紅色表示激波的位置，在激波前，氣流絲毫不減速，經過激波時，氣流突然減速，壓力突然躍升，激波后是亞音速流，逐漸減速到0。因為激波為強壓縮波動，聲音其實即使一種壓力波，所以當激波掃過耳朵時，是可以聽到，且非常響，一半爆炸產生都是激波，激波兩側壓差非常大，因此破壞了強。