압축성 흐름(compressible flow)은 유체역학의 한 분야로, 흐름 과정에서 유체의 밀도에 상당한 변화가 발생하는 흐름을 다룬다. 영문 명칭인 컴프레서블 플로(compressible flow)로도 불리며, 압축성 유동 또는 압축 유동이라고도 한다.
모든 유체 흐름은 이론적으로 압축 가능하지만, 실제 해석에서는 유속과 음속의 비율을 나타내는 마하 수(Mach number)가 0.3보다 작은 경우 속도로 인한 밀도 변화가 약 5% 이하이므로 비압축성 흐름으로 간주한다. 반대로 마하 수가 0.3을 초과하여 밀도 변화를 무시할 수 없게 되면 압축성 흐름으로 취급한다.
압축성 흐름은 비압축성 흐름과 달리 유체의 밀도와 온도가 해석 변수에 추가되므로, 질량 보존과 운동량 보존 방정식에 더하여 기체의 상태 방정식과 에너지 보존 방정식이 추가로 필요하다. 일반적인 기체 역학 문제에서는 이상기체 법칙이 상태 방정식으로 사용된다.
압축성 흐름은 마하 수에 따라 여러 유동 영역으로 구분된다. 마하 수가 1보다 작은 아음속(subsonic), 마하 수 1 부근의 천음속(transonic), 마하 수가 1보다 큰 초음속(supersonic), 마하 수 약 5 이상의 극초음속(hypersonic) 영역으로 나뉜다. 유체가 음속에 도달하거나 이를 초과하면 충격파(shock wave)가 형성되며, 유동 특성이 급격히 변화한다.
압축성 흐름의 대표적인 이론적 기초로는 등엔트로피 흐름 관계식, 수직 및 경사 충격파, 프란틀-마이어 팽창파, 드 라발 노즐(수축-확대 노즐) 등이 있다. 드 라발 노즐은 유체를 아음속에서 초음속으로 가속하는 데 사용되는 장치로, 유량이 음속에 도달한 이후에는 목(목부분) 하류의 조건 변화가 상류에 영향을 미치지 못하는 초킹(choking) 현상이 발생한다.
압축성 흐름에 대한 연구는 고속 항공기, 제트 엔진, 로켓 모터, 행성 대기로의 고속 재진입, 가스 파이프라인, 연마재 분사 등 다양한 공학 분야와 관련이 있다. 초음속 풍동(supersonic wind tunnel)은 이러한 흐름을 실험적으로 연구하기 위한 대표적인 시설이다.
역사적으로 압축성 흐름(기체 역학) 연구는 19세기 초 발사된 탄환의 거동에 대한 조사에서 비롯되었으며, 이후 귀스타프 드 라발, 에른스트 마흐, 루트비히 프란틀, 테오도어 폰 카르만 등의 연구자들이 기체 역학의 이론적 발전에 기여하였다. 1947년 벨 X-1이 초음속 비행에 성공하면서 초음속 유동에 대한 공학적 이해가 크게 진전되었다.
현대에는 계산유체역학(CFD)을 활용하여 비선형 편미분방정식으로 표현되는 압축성 흐름을 특정 형상과 유동 조건에 대해 수치적으로 해석하는 방법이 널리 사용되고 있다.
