パイプに音速を超えた速度で空気を流す。

質問

高圧縮のコンプレッサーで、出来るだけ高圧空気を作り、完全に直線に作ったパイプに通す・・・・・
・・・いくら高圧にしても、空気が音速を超えて流れる事はありませんが、なんで超えないんでしょうか？

回答No.13

mazeran · ベストアンサー

三度お邪魔します。Ｎｏ，３，８，１０です。

納得していただいたと言うことで、手の混んだ絵を入れていただきこちらこそ恐縮します。

そうですね。空気に変化を与えようとしているものがコンプレッサである限り、そう言う形での空気の移動（変化）となります。
コンプレッサからは、あくまで空気の「膨張」と言う結果しか生むことができません。
風洞とかジェットエンジンなどの例が出ていますが、エネルギーの総量から見ても明らかに矛盾を生じますし、本来条件を与えられてすぐに判断できるものです。（コンプレッサと言う条件です。）
コンプレッサからは、「密」である空気を、「粗」にするエネルギーしか持ち合わせていませんので、密を粗にすると言うことはすなわち、音が伝わる速さを決して超えるエネルギーは発生しません。

風洞はあくまで空気の相対的な運動であり、ジェットエンジンについては噴流を出すために熱エネルギーを使っています。
しかしコンプレッサは、圧縮した空気がただ単に膨張するだけです。空気そのものに運動エネルギーを一切与えておらず、そう見えるのは、膨張する際の動きがそう見えるだけで、圧力と体積の積に変化はありません。ただ単に圧力が上がっただけのものを容器に閉じ込め開放したに過ぎません。
つまり、空気の「密」と「粗」を伝播する以外のエネルギーは持っていないわけです。

ちなみに「熱」のことを書かれている方もいますが、「熱」を考慮すると、この結果に拍車を掛ける結果となり、今回のご質問の回答には考慮する必要はないと考えます。
空気に運動エネルギー（ジェットエンジンのように「熱」など）を与える要因がない以上、コンプレッサから出る空気はパイプの中で行う現象としては、「粗」と「密」の伝播しかなく、これは「音」が伝わる現象と一致するため、「粗」と「密」の伝播は音速を超えないのです。

ちなみにもう一つ。ジェットエンジンのファンやプロペラの外周の速度が音速を超えると、衝撃波が発生して効率が著しく低下しますが、この現象も空気の「粗」を「密」にする伝播速度を超えてしまうために、「粗」な空気を「密」にできなくなるために起こる現象です。
ですからジェットエンジンが回転する機構を持つ限り、ファン（圧縮機）の入り口からタービンの出口まで、超音速機のエンジンであっても決して音速を超える流れはありません。ダクトとノズルの形状でうまくサイクルが回る工夫がされています。（Ｗｅｂ上で確認してみてください）

与えられた命題が「コンプレッサ」ではなく、「ジェットエンジン」でパイプに空気を送るとなれば、音速を超えることも当然可能になります。なぜなら、もはや空気の「粗」と「密」の伝播ではなく、パイプの入り口より明らかにエネルギーが注ぎ込まれていますので、粗密の伝播速度を超えることが可能なのです。

回答No.2

tiltilmitil

「超音速風洞」というものもありますから絶対に不可能ということはないでしょうけど。JAXAの施設だと反対側に真空タンクを使って空気を引き込むのを併用しているようです。

http://subal.cocolog-nifty.com/blog/2006/10/jaxa2__8c6b.html

補足

あくまでも「高圧縮のコンプレッサーで、出来るだけ高圧空気を作り、完全に直線に作ったパイプに通す」という、方法に限定しています。

回答No.1

onpuu

越えないんですか？
超音速風洞や極超音速風洞などをつかえば音速を超える空気流を作り出せるとおもっていました。

↓なんかマッハ12の空気流を作れるような書き方がされているので
http://www.ard.jaxa.jp/res/wintec/b09.html