Динамическое давление

Ведущий раздел этой статьи может быть слишком коротким, чтобы адекватно резюмировать ключевые моменты . Пожалуйста, рассмотрите возможность расширения лид, чтобы предоставить доступный обзор всех важных аспектов статьи. ( Декабрь 2009 г. )

В динамике несжимаемой жидкости динамическое давление (обозначается значком , или Q и иногда называется скоростным давлением ) является величиной, определяемой следующим образом: ^[1]${\ displaystyle q}$

${\ displaystyle q = {\ frac {1} {2}} \ rho \, u ^ {2}}$

где (в единицах СИ ):

${\ displaystyle q, \;}$	динамическое давление в паскалях (т.е., кг ⋅ м -1 ⋅ с -2 ),
${\ Displaystyle \ rho, \;}$	массовая плотность жидкости (например, в кг / м 3 , в единицах СИ ),
${\ Displaystyle и, \;}$	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

${\displaystyle p_{0}-p_{\text{s}}={\frac {1}{2}}\rho \,u^{2}}$

где и - полное и статическое давления соответственно.${\displaystyle p_{0}}$${\displaystyle p_{\text{s}}}$

Физический смысл [ править ]

Динамическое давление - это кинетическая энергия единицы объема жидкости. Динамическое давление является одним из членов уравнения Бернулли , которое можно вывести из закона сохранения энергии движущейся жидкости. ^[1]

В точке торможения динамическое давление равно разнице между давлением торможения и статическим давлением , поэтому динамическое давление в поле потока можно измерить в точке торможения. ^[1]

Другой важный аспект динамического давления заключается в том, что, как показывает анализ размеров , аэродинамическое напряжение (т.е. напряжение внутри конструкции, подверженной аэродинамическим силам), 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.${\displaystyle v}$${\displaystyle v}$${\displaystyle q}$${\displaystyle q}$

Использует [ редактировать ]

Поток воздуха через расходомер Вентури , показывающий колонны, соединенные U-образно ( манометр ) и частично заполненные водой. Счетчик «читается» как перепад давления в сантиметрах или дюймах водяного столба и эквивалентен разнице скоростного напора .

Динамическое давление, наряду со статическим давлением и давлением, возникающим при возвышении, используется в принципе Бернулли в качестве баланса 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 , что эквивалентно изображению на соседнем рисунке. 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 рассматриваемая жидкость может рассматриваться как идеальный газ (что обычно имеет место для воздуха), динамическое давление может быть выражено как функция давления жидкости и числа Маха .

Используя определение скорости звука и числа Маха : ^[4]${\displaystyle a}$${\displaystyle M}$

${\displaystyle a={\sqrt {\gamma p \over \rho }}}$   а также   ${\displaystyle M={\frac {u}{a}},}$

а также динамическое давление можно переписать как: ^[5]${\textstyle q={\frac {1}{2}}\rho \,u^{2}}$

${\displaystyle q=M^{2}{\frac {1}{2}}\,\gamma \,p\,,}$

где:

${\displaystyle p,}$	давление газа (статическое) (в паскалях в системе СИ )
${\displaystyle \rho =mn,\;}$	массовая плотность (в кг / м 3 ) всегда является произведением между числовой плотностью и средней молекулярной массой газа.
${\displaystyle M,\;}$	Число Маха (безразмерное),
${\displaystyle \gamma ,\;}$	коэффициент удельной теплоемкости (безразмерный; 1,4 для воздуха на уровне моря),
${\displaystyle u,\;}$	скорость потока в м / с,
${\displaystyle a,\;}$	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 CS1 maint: discouraged parameter (link)

Заметки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Определение динамического давления на мир науки Эрика Вайсштейна