Ведущий раздел этой статьи может быть слишком коротким, чтобы адекватно резюмировать ее ключевые моменты . ( Декабрь 2009 г. ) |
В динамике несжимаемой жидкости динамическое давление (обозначается значком , или Q и иногда называется скоростным давлением ) является величиной, определяемой следующим образом: [1]
где (в единицах СИ ):
динамическое давление в паскалях (т.е., кг ⋅ м -1 ⋅ с -2 ), массовая плотность жидкости (например, в кг / м 3 , в единицах СИ ), скорость потока в м / с.
Это можно представить как кинетическую энергию жидкости на единицу объема.
Для несжимаемого потока динамическое давление жидкости - это разница между ее общим давлением и статическим давлением. Согласно закону Бернулли, динамическое давление определяется выражением
где и - полное и статическое давления соответственно.
Физический смысл [ править ]
Динамическое давление - это кинетическая энергия единицы объема жидкости. Фактически, динамическое давление является одним из членов уравнения Бернулли , которое можно вывести из закона сохранения энергии движущейся жидкости. В упрощенных случаях динамическое давление равно разнице между давлением торможения и статическим давлением . [1]
Другим важным аспектом динамического давления является то, что, как показывает анализ размеров , аэродинамическое напряжение (то есть напряжение внутри конструкции, подверженной воздействию аэродинамических сил), испытываемое летательным аппаратом, движущимся со скоростью , пропорционально плотности воздуха и квадрату , то есть пропорционально . Следовательно, глядя на изменение во время полета, можно определить, как будет изменяться напряжение, и в частности, когда оно достигнет своего максимального значения. Точка максимальной аэродинамической нагрузки часто обозначается как max q, и это критический параметр во многих приложениях, таких как ракеты-носители.
Использует [ редактировать ]
Динамическое давление, наряду со статическим давлением и давлением, вызванным возвышением, используется в принципе Бернулли как баланс энергии в замкнутой системе . Эти три термина используются для определения состояния замкнутой системы несжимаемой жидкости постоянной плотности.
Когда динамическое давление делится на произведение плотности жидкости и ускорения свободного падения, g , результат называется скоростным напором , который используется в уравнениях напора, подобных уравнениям, используемым для напора и гидравлического напора . В расходомере Вентури для расчета напора с перепадом скоростей можно использовать напор с перепадом давления , который эквивалентен на рисунке рядом. Альтернативой скоростному напору является динамический напор .
Сжимаемый поток [ править ]
Многие авторы определяют динамическое давление только для несжимаемых потоков. (Для сжимаемых потоков эти авторы используют концепцию ударного давления .) Однако определение динамического давления можно расширить, включив в него сжимаемые потоки. [2] [3]
Если рассматриваемую жидкость можно рассматривать как идеальный газ (что обычно имеет место для воздуха), динамическое давление можно выразить как функцию давления жидкости и числа Маха .
Определение скорости звука и числа Маха : [4]
- и
а также динамическое давление можно переписать как: [5]
куда:
давление газа (статическое) (выражается в паскалях в системе СИ ) массовая плотность (в кг / м 3 ) всегда является произведением между числовой плотностью и средней молекулярной массой газа. Число Маха (безразмерное), коэффициент удельной теплоемкости (безразмерный; 1,4 для воздуха на уровне моря), скорость потока в м / с, скорость звука в м / с
См. Также [ править ]
- Давление
- Напор
- Гидравлическая головка
- Общий динамический напор
- Коэффициенты сопротивления , подъемной силы и момента тангажа
- Вывод уравнения Бернулли.
Ссылки [ править ]
- LJ Clancy (1975), Aerodynamics , Pitman Publishing Limited, Лондон. ISBN 0-273-01120-0
- Хоутон, Э.Л. и Карпентер, П.В. (1993), Аэродинамика для студентов инженерных специальностей , Баттерворт и Хайнеманн, Оксфорд, Великобритания. ISBN 0-340-54847-9
- Липманн, Ганс Вольфганг ; Рошко, Анатолий (1993), Элементы газовой динамики , Courier Dover Publications, ISBN 0-486-41963-0
Примечания [ править ]
- ^ a b Клэнси, Л.Дж., Аэродинамика , раздел 3.5
- ^ Клэнси, LJ, Аэродинамика , разделы 3.12 и 3.13
- ^ «динамическое давление равно половине квадрата ротора только в несжимаемом потоке».
Хоутон, Э.Л. и Карпентер, П.В. (1993), Аэродинамика для студентов инженерных специальностей , раздел 2.3.1 - ^ Клэнси, LJ, Аэродинамика , Раздел 10.2
- ^ Липманн и Рошко, Элементы газовой динамики , стр. 55.
Внешние ссылки [ править ]
- Определение динамического давления на мир науки Эрика Вайсштейна