В гидродинамике под скачком понимается резкое изменение параметров потока — давления, плотности, скорости и температуры. Такие скачки часто связаны с возникновением ударных волн или дискретных переходов в состоянии вещества.
Ударные волны (shock waves): распространяющиеся с большой скоростью фронты, при которых параметры среды меняются скачкообразно. В газах ударные волны возникают при сверхзвуковом движении, в жидкости — при резком изменении давления.
Скачки плотности: встречаются при фазовых переходах, когда плотность жидкости меняется резко (например, при конденсации или кипении в условиях нестабильности).
Для описания скачков используют уравнения сохранения массы, импульса и энергии в интегральной форме:
$$ \begin{cases} \rho_1 u_1 = \rho_2 u_2 \\ p_1 + \rho_1 u_1^2 = p_2 + \rho_2 u_2^2 \\ h_1 + \frac{u_1^2}{2} = h_2 + \frac{u_2^2}{2} \end{cases} $$
где индексы 1 и 2 обозначают параметры до и после скачка, ρ — плотность, u — скорость потока, p — давление, h — удельная энтальпия.
Эти уравнения называются уравнениями Ранка — Гюгонио и позволяют вычислить параметры потока после скачка, зная условия до него.
Скачок — это тонкий слой, в котором происходят диссипативные процессы (вязкость, теплопроводность), приводящие к резкому изменению свойств потока. В этом слое происходит рассеяние кинетической энергии в тепловую.
Кипение и конденсация могут сопровождаться образованием скачков давления и температуры, особенно при быстром переходе между фазами. Например, в процессах бурного кипения возникают локальные скачки давления, которые приводят к акустическим волнам и турбулентности.
При конденсации пара в потоке газа или жидкости скачки параметров помогают поддерживать устойчивость фазового перехода, влияя на теплообмен и динамику среды.