Динамическое давление в воздуховоде: расчет, как определить

Основой проектирования любых инженерных сетей является расчет. Для того чтобы правильно сконструировать сеть приточных или вытяжных воздуховодов, необходимо знать параметры воздушного потока. В частности, требуется рассчитать скорость потока и потери давления в канале для правильного подбора мощности вентилятора.

Схема устройства и принципа работы воздуховода.

В этом расчете немаловажную роль играет такой параметр, как динамическое давление на стенки воздуховода.

Поведение среды внутри воздухопровода

Вентилятор, создающий воздушный поток в приточном или вытяжном воздуховоде, сообщает этому потоку потенциальную энергию. В процессе движения в ограниченном пространстве трубы потенциальная энергия воздуха частично переходит в кинетическую. Этот процесс происходит в результате воздействия потока на стенки канала и называется динамическим давлением.

Формулы для аэродинамического расчета систем естественной вентиляции.

Кроме него существует и статическое давление, это воздействие молекул воздуха друг на друга в потоке, оно отражает его потенциальную энергию. Кинетическую энергию потока отражает показатель динамического воздействия, именно поэтому данный параметр участвует в расчетах аэродинамики вентиляции.

При постоянном расходе воздуха сумма этих двух параметров постоянна и называется полным давлением. Оно может выражаться в абсолютных и относительных единицах. Точкой отсчета для абсолютного давления является полный вакуум, в то время как относительное считается начиная от атмосферного, то есть разница между ними – 1 Атм. Как правило, при расчете всех трубопроводов используется величина относительного (избыточного) воздействия.

Вернуться к оглавлению

Физический смысл параметра

Таблица расчета вентиляции.

Если рассмотреть прямые отрезки воздуховодов, сечения которых уменьшаются при постоянном расходе воздуха, то будет наблюдаться увеличение скорости потока. При этом динамическое давление в воздуховодах будет расти, а статическое – снижаться, величина полного воздействия останется неизменной. Соответственно, для прохождения потока через такое сужение (конфузор) ему следует изначально сообщить необходимое количество энергии, в противном случае может уменьшиться расход, что недопустимо. Рассчитав величину динамического воздействия, можно узнать количество потерь в этом конфузоре и правильно подобрать мощность вентиляционной установки.

Обратный процесс произойдет в случае увеличения сечения канала при постоянном расходе (диффузор). Скорость и динамическое воздействие начнут уменьшаться, кинетическая энергия потока перейдет в потенциальную. Если напор, развиваемый вентилятором, слишком велик, расход на участке и во всей системе может вырасти.

В зависимости от сложности схемы, вентиляционные системы имеют множество поворотов, тройников, сужений, клапанов и прочих элементов, называемых местными сопротивлениями. Динамическое воздействие в этих элементах возрастает в зависимости от угла атаки потока на внутреннюю стенку трубы. Некоторые детали систем вызывают значительное увеличение этого параметра, например, противопожарные клапаны, в которых на пути потока установлены одна или несколько заслонок. Это создает повышенное сопротивление потоку на участке, которое необходимо учитывать в расчете. Поэтому во всех вышеперечисленных случаях нужно знать величину динамического давления в канале.

Вернуться к оглавлению

Расчеты параметра по формулам

На прямом участке скорость движения воздуха в воздуховоде неизменна, постоянной остается и величина динамического воздействия. Последняя рассчитывается по формуле:

Рд = v2γ / 2g

В этой формуле:

Схема организации воздухообмена при общеобменной вентиляции.

• Рд – динамическое давление в кгс/м2;
• V – скорость движения воздуха в м/с;
• γ – удельная масса воздуха на этом участке, кг/м3;
• g – ускорение силы тяжести, равное 9.81 м/с2.

Получить значение динамического давления можно и в других единицах, в Паскалях. Для этого существует другая разновидность этой формулы:

Рд = ρ(v2 / 2)

Здесь ρ – плотность воздуха, кг/м3. Поскольку в вентиляционных системах нет условий для сжатия воздушной среды до такой степени, чтобы изменилась ее плотность, она принимается постоянной – 1.2 кг/м3.

Далее, следует рассмотреть, как участвует величина динамического воздействия в расчете каналов. Смысл этого расчета – определить потери во всей системе приточной либо вытяжной вентиляции для подбора напора вентилятора, его конструкции и мощности двигателя. Расчет потерь происходит в два этапа: сначала определяются потери на трение о стенки канала, потом высчитывается падение мощности воздушного потока в местных сопротивлениях. Параметр динамического давления участвует в расчете на обоих этапах.

Сопротивление трению на 1 м круглого канала рассчитывается по формуле:

R = (λ / d) Рд, где:

• Рд – динамическое давление в кгс/м2 или Па;
• λ – коэффициент сопротивления трению;
• d – диаметр воздуховода в метрах.

Нюансы монтажа воздуховода.

Потери на трение определяются отдельно для каждого участка с различными диаметрами и расходами. Полученное значение R умножают на общую длину каналов расчетного диаметра, прибавляют потери на местных сопротивлениях и получают общее значение для всей системы:

HB = ∑(Rl + Z)

Здесь параметры:

1. HB (кгс/м2) – общие потери в вентиляционной системе.
2. R – потери на трение на 1 м канала круглого сечения.
3. l (м) – длина участка.
4. Z (кгс/м2) – потери в местных сопротивлениях (отводах, крестовинах, клапанах и так далее).

Вернуться к оглавлению

Определение параметров местных сопротивлений вентиляционной системы

В определении параметра Z также принимает участие величина динамического воздействия. Разница с прямым участком заключается в том, что в разных элементах системы поток меняет свое направление, разветвляется, сходится. При этом среда взаимодействует с внутренними стенками канала не по касательной, а под разными углами. Чтобы это учесть, в расчетную формулу можно ввести тригонометрическую функцию, но тут есть масса сложностей. Например, при прохождении простого отвода 90⁰ воздух поворачивает и нажимает на внутреннюю стенку как минимум под тремя разными углами (зависит от конструкции отвода). В системе воздуховодов присутствует масса более сложных элементов, как рассчитать потери в них? Для этого существует формула:

1. Z = ∑ξ Рд.

Для того чтобы упростить процесс расчета, в формулу введен безразмерный коэффициент местного сопротивления. Для каждого элемента вентиляционной системы он разный и является справочной величиной. Значения коэффициентов были получены расчетами либо опытным путем. Многие заводы-производители, выпускающие вентиляционное оборудование, проводят собственные аэродинамические исследования и расчеты изделий. Их результаты, в том числе и коэффициент местного сопротивления элемента (например, противопожарного клапана), вносят в паспорт изделия или размещают в технической документации на своем сайте.

Для упрощения процесса вычисления потерь вентиляционных воздуховодов все значения динамического воздействия для разных скоростей также просчитаны и сведены в таблицы, из которых их можно просто выбирать и вставлять в формулы. В Таблице 1 приведены некоторые значения при самых применяемых на практике скоростях движения воздуха в воздуховодах.

Таблица 1.

Скорость воздуха, м/с	0.5	1	1.5	2	2.5	3	3.5	4	4.5
Динамическое давление кгс/м2	0.0152	0.0611	0.1374	0.2444	0.3817	0.5499	0.7483	0.9776	1.237
Скорость воздуха, м/с	5	5.5	6	6.5	7	7.5	8	8.5	9
Динамическое давление кгс/м 2	1.527	1.8486	2.199	2.581	2.9939	3.4373	3.9104	4.4149	4.9491

Из расчетных формул и данной таблицы хорошо видно, что значения не растут пропорционально возрастанию скорости воздуха.

Динамическое воздействие, оказываемое потоком воздуха на стенки воздуховодов, фасонных и прочих элементов, определяет потери давления на участке и является важным параметром, который необходимо учитывать в расчетах.

Динамическое давление воды. Статическое давление

Самолет, находящийся в неподвижном или подвижном относительно него воздушном потоке, испытывает со стороны последнего давление, в первом случае (когда воздушный поток неподвижен) — это статическое давление и во втором случае (когда воздушный поток подвижен) — это динамическое давление, оно чаще называется скоростным напором. Статическое давление в струйке аналогично давлению покоящейся жидкости (вода, газ). Например: вода в трубе, она может находиться в состоянии покоя или движения, в обоих случаях стенки трубы испытывают давление со стороны воды. В случае движения воды давление будет несколько меньше, так как появился скоростной напор.

Согласно закону сохранения энергии, энергия струйки воздушного потока в различных сечениях струйки воздуха есть сумма кинетической энергии потока, потенциальной энергии сил давления, внутренней энергии потока и энергии положения тела. Эта сумма — величина постоянная:

Е кин +Е р +Е вн +Е п =сопst (1.10)

Кинетическая энергия (Е кин) — способность движущегося воздушного потока совершать работу. Она равна

где m — масса воздуха, кгс с 2 м; V -скорость воздушного потока, м/с. Если вместо массы m подставить массовую плотность воздуха р , то получим формулу для определения скоростного напора q (в кгс/м 2)

Потенциальная энергия Е р — способность воздушного потока совершать работу под действием статических сил давления. Она равна (в кгс-м)

E p =PFS, (1.13)

где Р — давление воздуха, кгс/м 2 ; F — площадь поперечного сечения струйки воздушного потока, м 2 ; S — путь, пройденный 1 кг воздуха через данное сечение, м; произведение SF называется удельным объемом и обозначается v , подставляя значение удельного объема воздуха в формулу (1.13), получим

E p =Pv. (1.14)

Внутренняя энергия Е вн — это способность газа совершать работу при изменении его температуры:

где Cv — теплоемкость воздуха при неизменном объеме, кал/кг-град; Т — температура по шкале Кельвина, К; А — термический эквивалент механической работы (кал-кг-м).

Из уравнения видно, что внутренняя энергия воздушного потока прямо пропорциональна его температуре.

Энергия положенияEn — способность воздуха совершать работу при изменении положения центра тяжести данной массы воздуха при подъеме на определенную высоту и равна

En=mh (1.16)

где h — изменение высоты, м.

Ввиду мизерно малых значений разноса центров тяжести масс воздуха по высоте в струйке воздушного потока этой энергией в аэродинамике пренебрегают.

Рассматривая во взаимосвязи все виды энергии применительно к определенным условиям, можно сформулировать закон Бернулли, который устанавливает связь между статическим давлением в струйке воздушного потока и скоростным напором.

Рассмотрим трубу (Рис. 10) переменного диаметра (1, 2, 3), в которой движется воздушный поток. Для измерения давления в рассматриваемых сечениях используют манометры. Анализируя показания манометров, можно сделать заключение, что наименьшее динамическое давление показывает манометр сечения 3-3. Значит, при сужении трубы увеличивается скорость воздушного потока и давление падает.

Рис. 10 Объяснение закона Бернулли

Причиной падения давления является то, что воздушный поток не производит никакой работы (трение не учитываем) и поэтому полная энергия воздушного потока остается постоянной. Если считать температуру, плотность и объем воздушного потока в различных сечениях постоянными (T 1 =T 2 =T 3 ;р 1 =р 2 =р 3 , V1=V2=V3), то внутреннюю энергию можно не рассматривать.

Значит, в данном случае возможен переход кинетической энергии воздушного потока в потенциальную и наоборот.

Когда скорость воздушного потока увеличивается, то увеличивается и скоростной напор и соответственно кинетическая энергия данного воздушного потока.

Подставим значения из формул (1.11), (1.12), (1.13), (1.14), (1.15) в формулу (1.10), учитывая, что внутренней энергией и энергией положения мы пренебрегаем, преобразуя уравнение (1.10), получим

(1.17)

Это уравнение для любого сечения струйки воздуха пишется следующим образом:

Такой вид уравнения является самым простым математическим уравнением Бернулли и показывает, что сумма статического и динамического давлений для любого сечения струйки установившегося воздушного потока есть величина постоянная. Сжимаемость в данном случае не учитывается. При учете сжимаемости вносятся соответствующие поправки.

Для наглядности закона Бернулли можно провести опыт. Взять два листка бумаги, держа параллельно друг другу на небольшом расстоянии, подуть в промежуток между ними.

Рис. 11 Измерение скорости воздушного потока

Листы сближаются. Причиной их сближения является то, что с внешней стороны листов давление атмосферное, а в промежутке между ними вследствие наличия скоростного напора воздуха давление уменьшилось и стало меньше атмосферного. Под действием разности давлений листки бумаги прогибаются вовнутрь.

Виды давления

Статическое давление

Статическое давление — это давление неподвижной жидкости. Статическое давление = уровень выше соответствующей точки измерения + начальное давление в расширительном баке.

Динамическое давление

Динамическое давление — это давление движущегося потока жидкости.

Давление нагнетания насоса

Рабочее давление

Давление, имеющееся в системе при работе насоса .

Допустимое рабочее давление

Максимальное значение рабочего давления, допускаемого из условий безопасности работы насоса и системы.

Давление — физическая величина, характеризующая интенсивность нормальных (перпендикулярных к поверхности) сил, с которыми одно тело действует на поверхность другого (например, фундамент здания на грунт, жидкость на стенки сосуда, газ в цилиндре двигателя на поршень и т. п.). Если силы распределены вдоль поверхности равномерно, то Давление р на любую часть поверхности равно р = f/s , где S — площадь этой части, F — сумма приложенных перпендикулярно к ней сил. При неравномерном распределении сил это равенство определяет среднее давление на данную площадку, а в пределе, при стремлении величины S к нулю, — давление в данной точке. В случае равномерного распределения сил давление во всех точках поверхности одинаково, а в случае неравномерного — изменяется от точки к точке.

Для непрерывной среды аналогично вводится понятие давление в каждой точке среды, играющее важную роль в механике жидкостей и газов. Давление в любой точке покоящейся жидкости по всем направлениям одинаково; это справедливо и для движущейся жидкости или газа, если их можно считать идеальными (лишёнными трения). В вязкой жидкости под давление в данной точке понимают среднее значение давление по трём взаимно перпендикулярным направлениям.

Давление играет важную роль в физических, химических, механических, биологических и др. явлениях.

Потеря давления

Потеря давления — снижение давления между входом и выходом элемента конструкции. К подобным элементам относятся трубопроводы и арматура . Потери возникают по причине завихрений и трения. Каждый трубопровод и арматура в зависимости от материала и степени шероховатости поверхности характеризуется собственным коэффициентом потерь . За соответствующей информацией следует обратиться к их изготовителям.

Единицы измерения давления

Давление является интенсивной физической величиной. Давление в системе СИ измеряется в паскалях; применяются также следующие единицы:

Давление
		мм вод. ст.	мм рт. ст.		кг/см 2		кг/м 2	м вод. ст.
1 мм вод. ст.
1 мм рт. ст.
1 бар

Сумма статического и динамического давления называется полным давлением потока. При увеличении скорости потока динамическая составляющая полного давления возрастает, а статическая уменьшается (см. рис.4). В покоящемся потоке динамическое давление равно нулю, а полное давление равно статическому.

р

р о

статическое

давление

динамическое

давление

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ В ПОТОКЕ

• Статическое давление измеряется р ст

манометром, установленным

перпендикулярно направлению

потока (в простейшем случае –

открытым жидкостным манометром

• Полное давление измеряется манометром, р полн

Установленням паралельно направлению

потока (трубка Пито)

разностью полного и статического

давления и измеряется комбинацией р дин

предыдущих приборов, которая называется

трубкой Прандтля.

ПРИМЕНЕНИЕ ЗАКОНА БЕРНУЛЛИ

В мореплавании.

Во время движения судов параллельными курсами при сближении в случае нарушения скоростного режима существует возможность столкновения. Почему? Обратимся к рис.4.9. На нем изображены два судна, движущиеся параллельными курсами

Рис.4.9

υ 1 υ 2 υ 1

р 1 р 2 р 1 υ 2 >υ 1

р 2 р 1

в одном направлении. Каждое из них носом разрезает воду на два потока. Та вода, которая оказывается между судами, попадая в «узкость», вынуждена проскакивать по ней со скоростью υ 2 , бóльшей, чем скорость потока υ 1 с внешней стороны судов. Следовательно, согласно закону Бернулли, давление воды между судами р 1 окажется меньше давления воды р 2 с внешней стороны. При наличии разницы давлений движение осуществляется из зоны более высокого давления в зону более низкого давления – природа не терпит пустоты! – следовательно, оба судна устремятся друг к другу (направление указано стрелками). Если в данной ситуации будет нарушено соответствие между дистанцией сближения и скоростью хода, то существует опасность столкновения – так называемое «присасывание» судов. Если суда движутся параллельными, но встречными курсами, эффект «присасывания» тоже имеет место. Поэтому при сближении судов правила мореплавания требуют сбрасывания скорости хода до оптимального значения.

При движении судна по мелководью ситуация складывается аналогично (см. рис.4.10). Вода под днищем судна оказывается в «узкости», скорость потока

Рис.4.10

υ 1 ,p 1 υ 1 , p 1 υ 2 > υ 1

υ 2, р 2 р 2

увеличивается, давление под судном уменьшается – судно как бы притягивается ко дну. Во избежание возможности сесть на мель, необходимо сбросить скорость хода, чтобы минимизировать этот эффект.

В авиации.

Знание и использование закона Бернулли позволило создать летательные аппараты

тяжелее воздуха – это самолеты, аэропланы, вертолеты, автожиры (малые легкие вертолеты). Дело в том, что сечение крыла или лопасти этих машин имеет так называемый аэродинамический профиль , вызывающий появление подъемной силы (см. рис.4.11). Достигается это следующим образом. Все дело в «каплевидной» форме аэродинамического профиля. Опыт показывает, что когда крыло помещено в поток воздуха, вблизи задней кромки крыла возникают вихри, вращающиеся в случае, изображенном на рис.4.11, против часовой стрелки. Вихри эти растут, отрываются от крыла и уносятся потоком. Остальная масса воздуха вблизи крыла получает при этом противоположное вращение – по часовой стрелке – образуя циркуляцию около крыла (на рис.4.11 эта циркуляция изображена пунктирной замкнутой линией). Наклдываясь на общий поток, циркуляция слегка тормозит поток воздуха под крылом и слегка ускоряет поток воздуха над крылом. Таким образом, над крылом образовывается зона более низкого, чем под крылом, давления, что и приводит к возникновению подъемной силы F п , направленной вертикально вверх. Кроме нее, в результате движения самолета на крыло

Рис.4.11

направление движения самолета

υ 2 , р 2 υ 2 > υ 1

действуют еще три силы: 1). Сила тяжести G , 2). Сила тяги двигателей самолета F т ,

3). Сила лобового сопротивления воздуха F с . При геометрическом сложении всех четырех сил получается равнодействующая сила F, которая и определяет направление движения самолета.

Чем больше скорость набегающего потока (а она зависит от силы тяги двигателей), тем больше скорость и подъемная сила, и сила лобового сопротивления. Эти силы зависят, кроме того, и от формы профиля крыла, и от угла, под которым поток набегает на крыло (так называемый угол атаки), а также от плотности набегающего потока: чем больше плотность, тем больше эти силы.

Профиль крыла выбирают так, чтобы оно давало возможно бóльшую подъемную силу при возможно меньшем лобовом сопротивлении. Теория возникновения подъемной силы крыла при обтекании потоком воздуха была дана основоположником теории авиации, основателем российской школы аэро- и гидродинамики Николаем Егоровичем Жуковским (1847-1921).

Самолеты, рассчитанные на полет с различной скоростью, имеют различные размеры крыльев. Медленно летящие транспортные самолеты должны иметь большую площадь крыльев, т.к. при малой скорости подъемная сила, приходящаяся на единицу площади крыла, невелика. Скоростные же самолеты получают достаточную подъемную силу и от крыльев малой площади.

Т.к. подъемная сила крыла уменьшается при уменьшении плотности воздуха, то для полета на большой высоте самолет должен двигаться с большей скоростью, чем вблизи земли.

Подъемная сила возникает и в том случае, когда крыло движется в воде. Это дает возможность строить суда на подводных крыльях. Корпус таких судов во время движения выходит из воды – это уменьшает сопротивление воды и позволяет достичь большой скорости хода. Т.к. плотность воды во много раз больше плотности воздуха, то можно получить достаточную подъемную силу подводного крыла при сравнительно малой его площади и умеренной скорости.

Существует тип летательных аппаратов тяжелее воздуха, для которого крылья не нужны. Это – вертолеты. Лопасти вертолета тоже имеют аэродинамический профиль. Винт создает вертикальную тягу независимо от того, движется вертолет или нет – поэтому при работе воздушных винтов вертолет может неподвижно висеть в воздухе или подниматься по вертикали. Для горизонтального перемещения вертолета необходимо создать горизонтальную тягу. Это достигается путем изменения угла наклона лопастей, что выполняется при помощи специального механизма во втулке винта. (Небольшой винт с горизонтальной осью на хвосте вертолета служит лишь для того, чтобы корпус вертолета не стал вращаться в сторону, обратную вращению большого винта.)

Системы отопления обязательно тестируют на устойчивость к давлению

Из этой статьи вы узнаете, что такое статическое и динамическое давление системы отопления, зачем оно нужно и чем отличается. Также будут рассмотрены причины его повышения и понижения и методы их устранения. Помимо этого, речь пойдет о том, каким давлением испытывают различные системы отопления и способы данной проверки.

Виды давления в отопительной системе

Выделяют два вида:

• статистическое;
• динамическое.

Что такое статическое давление системы отопления? Это то, которое создаётся под воздействием силы притяжения. Вода под собственным весом давит на стенки системы с силой пропорциональной высоте, на которую она поднимается. С 10 метров этот показатель равен 1 атмосфере. В статистических системах не задействуют нагнетатели потока, и теплоноситель циркулирует по трубам и радиаторам самотеком. Это открытые системы. Максимальное давление в открытой системе отопления составляет около 1,5 атмосферы. В современном строительстве такие методы практически не применяются, даже при монтаже автономных контуров загородных домов. Это связано с тем, что для такой схемы циркуляции надо применять трубы с большим диаметром. Это не эстетично и дорого.

Динамическое давление в системе отопления можно регулировать

Динамическое давление в закрытой системе отопления создается искусственным повышением скорости потока теплоносителя при помощи электрического насоса. Например, если речь идет о многоэтажках, или крупных магистралях. Хотя, теперь даже в частных домах при монтаже отопления используют насосы.

Важно! Речь идет об избыточном давлении без учета атмосферного.

Каждая из систем отопления имеет свой допустимый предел прочности. Иными словами, может выдержать разную нагрузку. Чтобы узнать какое рабочее давление в закрытой системе отопления, надо к статическому, создаваемому столбом воды, добавить динамическое, нагнетаемое насосами. Для правильной работы системы, показания манометра должны быть стабильными. Манометр – механический прибор, измеряющий силу, с которой вода движется в системе отопления. Он состоит из пружины, стрелки и шкалы. Манометры устанавливаются в ключевых местах. Благодаря им можно узнать какое рабочее давление в системе отопления, а также выявлять неисправности в трубопроводе во время диагностики.

Перепады давления

Чтобы компенсировать перепады, в контур встраивается дополнительное оборудование:

1. расширительный бачок;
2. клапан аварийного выброса теплоносителя;
3. воздухоотводы.

Тестирование воздухом – испытательное давление системы отопления повышают до 1,5 бар, затем спускают до 1 бара и оставляют на пять минут. При этом потери не должны превышать 0,1 бар.

Тестирование водой – давление повышают не менее чем до 2 бар. Возможно и больше. Зависит от рабочего давления. Максимальное рабочее давление системы отопления надо умножить на 1,5. За пять минуть потери не должны превышать 0,2 бар.

Панельное

Холодное гидростатическое тестирование – 15 минут с давлением 10 бар, потери не больше 0,1 бара. Горячее тестирование – поднятие температуры в контуре до 60 градусов на семь часов.

Испытывают водой, нагнетая 2,5 бара. Дополнительно проверяют водонагреватели (3-4 бара) и насосные установки.

Тепловые сети

Допустимое давление в системе отопления постепенно повышается до уровня выше рабочего на 1,25, но не меньше 16 бар.

По результатам тестирования составляется акт, который является документом, подтверждающим заявленные в нем эксплуатационные характеристики. К ним, в частности, относиться рабочее давление.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ г. СЕМЕЙ

Методическое пособие по теме:

Исследование реологических свойств биологических жидкостей.

Методы исследования кровообращения.

Реография.

Составитель: Преподаватель

Ковалева Л.В.

Основные вопросы темы:

1. Уравнение Бернулли. Статическое и динамическое давления.
2. Реологические свойства крови. Вязкость.
3. Формула Ньютона.
4. Число Рейнольдса.
5. Ньютоновская и Неньютоновская жидкость
6. Ламинарное течение.
7. Турбулентное течение.
8. Определение вязкости крови с помощью медицинского вискозиметра.
9. Закон Пуазейля.
10. Определение скорости кровотока.
11. Полное сопротивление тканей организма. Физические основы реографии. Реоэнцефалография
12. Физические основы баллистокардиографии.

Уравнение Бернулли. Статическое и динамическое давления.

Идеальной называется несжимаемая и не имеющая внутреннего трения, или вязкости; стационарным или установившимся называется течение, при котором скорости частиц жидкости в каждой точке потока со временем не изменяются. Установившееся течение характеризуют линиями тока — воображаемыми линиями, совпадающими с траекториями частиц. Часть потока жидкости, ограниченная со всех сторон линиями тока, образует трубку тока или струю. Выделим трубку тока настолько узкую, что скорости частиц V в любом ее сечении S, перпендикулярном оси трубки, можно считать одинаковыми по всему сечению. Тогда объем жидкости, протекающий через любое сечение трубки в единицу времени остается постоянным, так как движение частиц в жидкости происходит только вдоль оси трубки: . Это соотношение назы­вается условием неразрывности струи. Отсюда следует, что и для реальной жидкости при установившемся течении по трубе переменного сечения количество Qжидкости, проте­кающее в единицу времени через любое сечение трубы, остается по­стоянным (Q = const) и средние скорости течения в различных сече­ниях трубы обратно пропорциональны площадям этих сечений: и т. д.

Выделим в потоке идеальной жидкости трубку тока, а в ней — достаточно малый объем жидкости массой , который при тече­нии жидкости перемещается из положения А в положение В.

Из-за малости объема можно считать, что все частицы жидкости в нем находятся в равных условиях: в положе­нии А имеют давление скорость и находятся на высоте h 1 от нуле­вого уровня; в положении В — соот­ветственно . Сечения трубки тока соответственно S 1 и S 2 .

Жидкость, находящаяся под дав­лением, обладает внутренней потен­циальной энергией (энергией давле­ния), за счет которой она может совершать работу. Этаэнергия W p измеряется произведением давления на объем V жидкости: . В данном случае перемещение массы жидкости происходит под действием разности сил давления в се­чениях Si и S 2 . Совершаемая при этом работа А р равняется разности по­тенциальных энергий давления в точках . Эта работа расходуется на работу по преодолению действия силы тяжес­ти и на изменение кинетической энергии массы

Жидкости:

Следовательно, А р = A h + A D

Перегруппировав члены уравнения, получим

Положения А и В выбраны произвольно, поэтому можно утверждать, что в любом месте вдоль трубки тока сохраняется условие

разделив это уравнение на , получим

где — плотность жидкости.

Это и есть уравнение Бернулли. Все члены уравнения, как легко убедиться, имеют размерность давления и называются: статистическим: гидростатическим: — динамическим. Тогда уравнение Бернулли можно сформулировать так:

при стационарном течении идеальной жидкости полное давление равное сумме статического, гидростатического и динамического давлений, остается величиной постоянной в любом поперечном сечении потока.

Для горизонтальной трубки тока гидростатическое давление ос­тается постоянным и может быть отнесено в правую часть уравнения, которое при этом принимает вид

статистическое давление обусловливает потенциальную энергию жидкос­ти (энергию давления), динамическое давление — кинетическую.

Из этого уравнения следует вывод, называемый правилом Бернулли:

статическое давление невязкой жидкости при течении по горизон­тальной трубе возрастает там, где скорость ее уменьшается, и на­оборот.

Преобразование уравнения Бернулли. Вывод основного закона аэродинамики

 

Вывод основного уравнения аэродинамики

Вокруг нас так много необыкновенного, что можно открывать новое в окружающем нас мире, лишь используя логику и здравый смысл. В физике, изучающей законы природы, до сих пор есть огромные белые пятна, например, не сформулированы основные законы физики в самых разных разделах. Например, до сих пор не сформулированы основные законы аэрогидростатики и аэрогидродинамики.

В аэрогидродинамике есть необъяснимое, с точки зрения физики, но очень важное физическое явление – возникновение подъёмной силы крыла самолёта. Подъёмная сила крыла самолёта возникает при его обтекании воздухом. Основной закон аэродинамики должен объяснять это физическое явление, но он впервые сформулирован только в этой публикации. Известно, что чем выше скорость потока воздуха вдоль поверхности крыла, тем меньше давление воздуха на крыло, но не известно, почему это происходит.

Этот пробел теории легко устранить самостоятельно. Для этого нужно вывести основное уравнение аэрогидродинамики, которое объяснит причину возникновения этого физического явления, и покажет взаимную зависимость трёх основных величин аэродинамики — полного давления газа, динамического давления и статического давления.

При отсутствии движения газа относительно твёрдой поверхности давление газа является вектором, направленным перпендикулярно к поверхности. Если мы приложим усилие, и начнем двигать газ относительно поверхности или с усилием проталкивать газ через трубку, наши усилия не пропадут даром. Возникнет малопонятный физический эффект: чем быстрее газ будет двигаться, тем меньшее давление его молекулы будут оказывать на поверхность. Причина возникновения этого эффекта до сих пор не объяснена.

Сейчас в физике есть уравнение, частично объясняющее это физическое явление, это  уравнение для движения идеальной несжимаемой жидкости (без внутреннего трения), выведенное швейцарским физиком Д. Бернулли  (опубликовано в 1738 г.). Это уравнение выведено из закона сохранения энергии всего для двух из трёх величин — динамического и статического давлений. Его невозможно применять для газа, поскольку несжимаемых газов не бывает. Очень странно, что уравнение Бернулли почти за три века своего существования так и не было преобразовано в основной закон аэродинамики, поскольку задача достаточно проста, нужно просто изменить подход.

Самое простое и наглядное решение этой задачи возможно при помощи векторной алгебры.

В аэродинамике мы имеем дело с векторами (давление это сила, с которой газ давит на единицу площади). У нас есть три вектора:

1. Статическое давление на поверхность . Направлено перпендикулярно поверхности.

2. Динамическое давление движения газа , заставляющее газ двигаться вдоль поверхности. Направлено горизонтально вдоль поверхности.

3.    Полное давление газа . Является их векторной суммой.

 

                                        

            Поверхность

                                 

         Рис. 1     

 

Для движения газа вдоль поверхности можно составить векторное уравнение:

 

                          (1) 

Т.е. полное давление равно сумме динамического и статического давления.

Из рисунка видно, что чем больше мы прикладываем усилие для движения газа относительно поверхности, чем больше динамическое давление , тем меньше статическое давление , поскольку их сумма – полное давление газа , остаётся неизменным.

Если в уравнение (1) поставить значение динамического давления , и переставить местами  и , то получим:

 

                         (2)

где  и  соответственно, плотность газа и квадрат скорости газа вдоль поверхности. Это уравнение можно назвать основным уравнением аэрогидродинамики, поскольку оно составлено относительно всех трёх величин — статического давления, динамического давления и полного давления газа (жидкости), а формулу (2) — формулой основного закона аэродинамики.

Если сравнить уравнение (2) с уравнением Бернулли (3), то увидим удивительное сходство:

 

                  (3)

 

Уравнение Бернулли составлено для двух величин — динамическаго и статического давления газа. В нём нет полного давления газа, что не позволяет понять природу уменьшения давления газа на твёрдую поверхность при увеличении скорости его потока вдоль неё. Эта же причина не позволила уравнению Бернулли стать основным уравнением аэрогидродинамики. Кроме этого,  при выводе уравнения (2) мы не использовали понятие идеальной несжимаемой жидкости, поэтому уравнение (2) универсально, и справедливо для физического газа и жидкости. Если при чтении возникают проблемы с открытием формул и рисунков, вывод основного уравнения аэродинамики можно прочитать на http://sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/9471.html

 

Динамическое давление (напор) воздушного потока

Кинетическая энергия движущегося газа:

(1)

где m- масса движущегося газа, кг;

с- скорость газа, м/с.

(2)

где V- объём движущегося газа, м³;

— плотность, кг/м³.

Подставим (2) в (1), получим:

(3)

Найдём энергию 1 м³:

(4)

Полное давление складывается из и.

Полное давление в воздушном потоке равно сумме статического и динамического напоров и представляет собой энергонасыщенность 1 м³газа.

Схема опыта для определения полного давления

Трубка Пито- Прандтля

(1)

(2)

(3)

Уравнение (3) показывает работу трубки.

— давление в столбе I;

— давление в столбе II.

Эквивалентное отверстие

Если сделать отверстие сечении F_eчерез которое будет подаваться такое же количество воздуха, как и через трубопровод при том же начальном напореh, то такое отверстие называется эквивалентным, т.е. проход через данное эквивалентное отверстие заменяет все сопротивления в трубопроводе.

Найдём величину отверстия:

, (4)

где с- скорость истечения газа.

Расход газа:

(5)

Из (2) (6)

Примерно, потому что не учитываем коэффициент сужения струи.

— это условное сопротивление, которое удобно вводить в расчёты при упрощении действительных сложных систем. Потери напора в трубопроводах определяются как сумма потерь в отдельных местах трубопровода и подсчитываются на основании экспериментальных данных, приводящихся в справочниках.

Потери в трубопроводе возникают на поворотах, изгибах, при расширениях и сужениях трубопроводов. Потери в равном трубопроводе также подсчитываются по справочным данным:

(7)

1. Всасывающий патрубок

2. Корпус вентилятора

3. Нагнетательный патрубок

4. Эквивалентное отверстие, заменяющее реальный трубопровод с его сопротивлением.

1. ;

2. ;

3. ;

4. ;

5. ;

— скорость во всасывающем трубопроводе;

— скорость истечения через эквивалентное отверстие;

— величина давления, под которым происходит перемещение газа во всасывающем патрубке;

статический и динамический напоры в выводном патрубке;

— полный напор в нагнетательном патрубке.

Через эквивалентное отверстие газ истекает под давлением, зная, находим.

Пример

Чему равняется мощность двигателя для привода вентилятора, если нам известны предыдущие данные из 5.

С учетом потерь:

где — монометрический коэффициент полезного действия.

где — теоретический напор вентилятора.

Вывод уравнений вентилятора.

Задано:

Найти:

Решение:

Момент

где — масса воздуха;

— начальный радиус лопатки;

— конечный радиус лопатки;

— скорость воздуха;

— тангенциальная скорость;

— радиальная скорость.

;

;

;

Разделим на :

;

Секундная масса:

,

;

Секундная работа -мощность отдаваемая вентилятором:

=N;

.

Лекция №31.

Характерная форма лопастей.

— окружная скорость;

С– абсолютная скорость частицы;

— относительная скорость.

,

.

Представим наш вентилятор с инерцией В.

В отверстие заходит воздух и по радиусу распыляется со скоростью С_r. но мы имеем:

.

,

где В– ширина вентилятора;

r– радиус.

.

Умножим на U:

.

Подставим , получим:

.

Подставим значение для радиусовв выражение для нашего вентилятора и получим:

.

Теоретически напор вентилятора зависит от углов (*).

Заменим черези подставим:

.

Разделим левую и правую часть на :

,

.

где АиВ– заменяющие коэффициенты.

Построим зависимость:

В зависимости от углов вентилятор будет менять свой характер.

На рисунке правило знаков совпадает с первым рисунком.

Если от касательной к радиусу по направлению вращения откладывать угол, то этот угол считается положительным.

1) В первом положении: — положителен,- отрицателен.

2) Лопатки II:- отрицателен,- положителен – делается близким к нулю икак правило меньше. Это вентилятор высоко напора.

3) Лопатки III:равны нулю.В=0. Вентилятор среднего напора.

Основные соотношения для вентилятора.

,

где с – скорость истечения воздуха.

.

Запишем это уравнение применительно к нашему вентилятору.

.

Разделим левую и правую часть на n:

.

Тогда получим:

.

Тогда .

При решении для данного случая x=const, т.е. мы получим

Запишем: .

Тогда: тогда- первое соотношение вентилятора (производительности вентилятора относятся друг к другу, как числа оборотов вентиляторов).

Пример:

— Это второе соотношение вентилятора (теоретические напоры вентиляторов относятся как квадраты чисел оборотов).

Если взять тот же пример, то .

Но мы имеем .

Тогда получим третье соотношение, если вместо подставим. Получаем следующее:

— Это и есть третье соотношение (мощности требуемые на привод вентилятора относится как кубы чисел оборотов).

Для того же примера:

Расчет вентилятора

Данные для расчета вентилятора:

Задаются: — расход воздуха(м³/сек).

Из конструктивных соображений выбирается и число лопаток – n,

— плотность воздуха.

В процессе расчета определяются r₂, d– диаметр всасывающего патрубка,.

Весь расчет вентилятора производится на основании уравнения вентилятора.

Скребковый элеватор

1) Сопротивление при загрузке элеватора:

G_Ц– вес погонного метра цепи;

G_Г– вес погонного метра груза;

L– длина рабочей ветви;

f — коэффициент трения.

2) .

3) Сопротивление в холостой ветви:

.

Общее усилие:

.

где — кпд учитывающий число звездочекm;

— кпд учитывающий число звездочек n;

— кпд учитывающий жесткость цепи.

Мощность для привода транспортера:

,

где — кпд привода транспортера.

Ковшовые транспортеры

Он громоздкий. Применятся в основном на стационарных машинах.

Швырялка-вентилятор. Применяется на силосных комбайнах и на зерновых. Материя подвергается удельному воздействию. Большой расход мощности при повыш. производительности.

Полотняные транспортеры.

Применяются на обычных жатках

1) (принцип Даламбера).

На частицу массой mдействует сила весаmg, сила инерции, сила трения.

,

.

Нужно найти х, который равен длине, при которой нужно набрать скорость отV₀доV, равной скорости транспортера.

,

.

Выражение 4 замечательно следующим случаем:

При ,.

При угле частица может набрать скорость транспортера на путиL, равном бесконечности.

Бункера

Бункера применяются нескольких типов:

1. со шнековой выгрузкой

2. вибровыгрузной

3. бункера со свободным истечением сыпучей среды применяется на стационарных машинах

1. Бункера со шнековой выгрузкой

Производительность шнекового выгружателя:

.

1. скребковый элеваторный транспортер;

2. распределительный шнек бункер;

3. нижний выгружной шнек ;

4. наклонный выгружной шнек;

5. лоток;

— коэффициент заполнения;

n– число оборотов шнека;

t– шаг шнека;

— удельный вес материала;

Д– диаметр шнека.

2. Вибробункер

1. вибратор;

2. бункер;

3. выгрузной лоток;

4. плоские пружины, упругие элементы;

а – амплитуда колебаний бункера;

С– центр тяжести.

Достоинства – устраняется свободообразование, простота конструкционных оформлений. Сущность воздействия вибрации на сыпучую среду заключается в псевдодвижении.

.

М– масса бункера;

х– его перемещение;

к₁– коэффициент учитывающий скоростное сопротивление;

к₂– жесткость рессор;

— круговая частота или скорость вращения вала вибратора;

— фаза установки грузов по отношению к смещению бункера.

Найдем амплитуду бункера к₁=0:

очень мало

,

— частота собственных колебаний бункера.

,

,

.

При такой частоте материал начинает течь. Существует скорости истечения, при которых выгружается бункер за 50 сек.

Копнители. Сбор соломы и половы.

1. Копнители бывают навесные и прицепные, причем они бывают однокамерные и двухкамерные;

2. Измельчители соломы со сбором или разбрасыванием измельченной соломы;

3. Разбрасыватели;

4. Соломопрессы для сбора соломы. Отличают навесные и прицепные.

Формула уравнения Бернулли в физике

Содержание:

Определение и формула уравнения Бернулли

При рассмотрении движения жидкости очень часто считают, что перемещение одних частей жидкости относительно других не порождает сил трения. При этом жидкость, у которой вязкость (внутреннее трение) равна нулю, носит название идеальной.

Сжимаемой называют жидкость, плотность которой изменяется и может зависеть от температуры и давления.

Баротропной называют жидкость (или газ), плотность которой валяется функцией давления (не является функцией температуры).

Течение жидкости или газа называют стационарным, если скорость и давление жидкости остаются постоянными в каждой точке жидкости (газа).{2}}{2}=\rho g\left(h_{2}-h_{1}\right)=\rho g h \rightarrow v=\sqrt{2 g h}$$

Ответ. $v=\sqrt{2 g h}$

Слишком сложно?

Формула уравнения Бернулли не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Пример

Задание. Используя уравнение Бернулли для идеальной несжимаемой жидкости, рассматривая истечение ее из маленького отверстия в широком открытом сосуде, получите формулу Торричелли: $v=\sqrt{2 g h}$, где h=h₂-h₁ — высота открытой поверхности жидкости над отверстием, v – скорость истечения жидкости из отверстия.

Решение. Сделаем рисунок.

Рассмотрим рис.2. Выделим в жидкости трубку тока с сечениями S₁ – площадь открытой поверхности жидкости, S₂ – площадь сечения струи из отверстия. Будем считать, что для всех точек каждого из данных сечений скорость жидкости (v) и высота (h) над избранным начальным уровнем одинаковы.{2}}{2}=g h_{2}-g h_{1} \rightarrow v=\sqrt{2 g h}(2.2)$$

здесь v – скорость, с которой вытекает жидкость из отверстия.

Что требовалось получить.

Читать дальше: Формула ЭДС.

Статическое, динамическое и полное давление

    Пневмометрическая трубка имеет два канала, один из которых всегда воспринимает полное давление, а другой, зависимости от конструкции трубки, либо только статическое давление либо статическое давление за вычетом динамического или не- [c.35]

    Динамическое давление, определяемое пневмометрическими трубками, представляет собой разность между полным давлением потока рпол, действующим в направлении вектора скорости газов, и статическим давлением р, действующим в направлении, перпендикулярном вектору скорости  [c.35]

    Скорость может быть также определена при помощи изображенной на рис. УП-6 напорной трубки (трубки Пито), служащей для измерения динамического, статического и полного давлений в разных точках по осям поперечного сечения трубопровода (рис. УП-7). [c.166]

    Первый член левой части этого уравнения представляет собой динамическое давление, второй член — статическое давление, а третий учитывает влияние геодезической высоты. Сумма этих трех величин вдоль каждой линии тока постоянна и характеризует полное давление в потоке. [c.11]

    Развиваемое вентилятором давление расходуется на преодоление сопротивлений, возникающих при движении воздуха в присоединенных к вентилятору воздуховодах. Давление воздуха (статическое, динамическое, полное) изменяется по длине воздуховода в зависимости от вида и величины сопротивлений, размещения местных сопротивлений. В наиболее простом случае, когда воздуховод прямой и имеет одинаковое поперечное сечение по всей длине (рис. 4.5), скорость движения воздуха, а следовательно, и величина динамического давления во всех точках всасывающей и нагнетательной линии одинаковы. Если пренебречь влиянием местных сопротивлений на входе воздуха в воздуховод и на выходе из него, то давление, создаваемое вентилятором, расходуется только на преодоление сопротивления трения. [c.917]

    Разность между полным давлением и статическим давлением называется динамическим давлением. Аналогично разность между температурой торможения и статической температурой можно назвать динамической температурой  [c.330]

    Как видно из полученного уравнения, полное давление, развиваемое нагнетателем, расходуется на преодоление перепада статического давления (piv—pi), суммарных потерь давления в сети и на создание динамического давления потока на выходе из сети. [c.91]

    Складывая динамическое давление со статическим при установке различных сопел, получим полные давления, развиваемые машиной. Таким образом, можно получить зависимость (фиг. 56) статического и полного давлений от производительности машины, равной произведению средней скорости газа в выходной горловине на площадь ее поперечного сечения. Такая зависимость называется характеристикой вентилятора. [c.132]

    Типичная трубка Пито (рис. У-45) имеет два входа для измерения давления, один из которых повернут навстречу потоку и, захватывая небольшую часть потока, реагирует на полное давление жидкости (статическое плюс динамическое). Другой вход расположен перпендикулярно оси потока и воспринимает только статическое давление жидкости. Разница между этими двумя давлениями является мерой скорости. [c.398]

    Исследуем соотношение давлений при различных углах выхода Рг, приняв постоянными плотность перемещаемой среды, окружную скорость на выходе и подачу. На рис. 3.14,0 показаны различные треугольники выхода с одинаковыми окружной скоростью Ы2 и радиальной составляющей абсолютной скорости на выходе Сгг. На рис. 3.14,6 показан характер изменения полного Рт, статического р и динамического ра давлений в зависимости от скорости закручивания С2и- [c.64]

    Экспериментальным путем необходимо определить подачу, статическое давление и затраченную мощность каждого вентилятора. Кроме того, необходимо вычислить динамическое и полное давление каждого вентилятора, суммарную подачу и суммарные затраты мощности, статические КПД каждого вентилятора н установки н целом. [c.312]

    Динамическое давление регистрировалось при различных условиях течения через каждые 10° в области по крайней мере на 50—60 по каждую сторону от угла максимального давления, В пределах экспериментальной точности графики зависимости давления от угла всегда оказывались симметричными. Максимальное давление принимали за полное давление, а соответствующий угол — за угол потока. Давление, измеренное на 51° от максимального давления, принималось за статическое давление. Эта ориентация определялась по калибровке трубки динамического напора в линейных свободных струевых потоках. [c.372]

    Известно, что полное давление, создаваемое нагнетателем, разно сумме статического и динамического ра давлений [c.92]

    Для перехода от меньшего сечения трубы (канала) к большему (преобразования кинетической энергии потока в потенциальную или динамического давления в статическое) с минимальными потерями полного давления устанавливают плавно расширяющийся участок — диффузор (рис. 1.111) . Вследствие того, что в диффузоре с ростом площади поперечного сечения средняя скорость потока при увеличении угла расширения а надает, общий коэффициент сопротивления диффузора, приведенный к скорости в узком (начальном) сечении, становится до определенных пределов а меньшим, чем для такой же длины участка трубы постоянного сечения с площадью, равной начальной площади сечения диффузора. [c.185]

    Характеристика вентиляторов. Полное давление, развиваемое вентилятором, представляет собой сумму статического давления Рст. и динамического давления Рдин.- Статическое давление равно потере давления в трубопроводах и аппаратах, через которые движется газ во всасывающей и нагнетательной линиях. Динамическое давление определяется по скорости ш газа в выхлопном отверстии вентилятора  [c.230]

    При решении вопроса об интенсификации работы аппаратов воздушного охлаждения часто бывает оправдано применение специальных вентиляторов с целью повышения статического давления воздуха для преодоления повышенных аэродинамических сопротивлений. В этом случае вспомогательные вентиляторы устанавливают последовательно основному вентилятору, и построения суммарной характеристики Н — 1(Ув) производится сложением ординат полного напора индивидуальных характеристик (рис. 1У-8). Характеристика основного вентилятора должна быть получена экспериментально, а зависимость Яп = /(Ув) для вспомогательного вентилятора выбирают по каталогам. При последовательной работе вентиляторов кинетическая энергия, сообщенная потоку первым вентилятором, не теряется на удар, и полученное статическое давление выше суммы Нет отдельных вентиляторов. Например, если два одинаковых вентилятора или основной вентилятор и группа вспомогательных развивают полное давление 2//п, то статическое давление составит Нет =2Яп — Яд (где Яд — динамическое давление). При последовательном включении вспомогательных вентиляторов подача воздуха увеличивается на величину ДУв  [c.97]

    Центробежные вентиляторы различаются по создаваемому ими полному давлению (сумме статического и динамического давлений) при подаче нормального атмосферного воздуха (плотность воздуха на входе в вентилятор р= [c.341]

    В треугольнике выхода АОС Ргзагнутой назад лопатке. С уве- личением Рг и уменьшением аг абсолютная скорость Сг и ее окружная составляющая С2и растут, в то время как относительная скорость шг уменьшается. В этом диапазоне углов полное давление рт и статическое давление рз увеличиваются, при этом статическое давление р, увеличивается быстрее, чем растет динамическое давление Pd. [c.65]

    Типичная аэродинамическая характеристика радиального вентилятора (рис. Х-1) представляет собой совокупность кривых (полного давления Р , статического давления Рзу или динамического давления Раь, расходуемой вентилятором мощности N. полного к. п. д. 7] и статического к. п. д. Т18) как функцию от подачи при определенных диаметрах колеса, частоте вращения и плотности перемещаемой среды [101]. [c.312]

    В СА динамическое давление, связанное со скоростью закручивания потока за рабочим колесом, преобразуется в статическое с некоторыми потерями, обусловленными течением в его диффузорном лопаточном венце. При этом без изменения характеристики мощности увеличиваются как полные давление и КПД, так и статические давление и КПД. [c.182]

    Вентилятор при пуске его переводит воздух из состояния покоя в движение с некоторой скоростью V и создает разрежение во всасывающем воздуховоде. Вследствие этого абсолютное статическое давление во входном отверстии воздуховода (сечение 1) становится меньше атмосферного р разности давлений р — р,1 воздух будет входить в воздуховод. Скорость воздуха во входном сечении воздуховода будет соответствовать разности давлений в этом сечении р — р,л. Следовательно, динамическое давление во входном сечении ра = Ра — р.л- Абсолютное полное давление в сечении 1 [c.917]

    Экспериментальным путем необходимо определить подачу вентилятора статическое давление рст, создаваемое вентилятором, и затраченную мощность N. Кроме того, необходимо вычислить полное давление вентилятора р, динамическое давление Рд и коэффициент полезного действия т). [c.309]

    По ГОСТ 10616-90 аэродинамические характеристики вентиляторов представляются в виде графиков зависимости полного pv и статического р и (или) динамического рл, давлений, развиваемых вентилятором, потребляемой мощности N, полного Т] и статического Т , КПД от производительности Q при определенной плотности газа р перед входом в вентилятор и постоянной частоте вращения его рабочего колеса (рис. 4.47). На графиках должны быть указаны размерности аэродинамических параметров. Все перечисленные зависимости строят, как правило, на одном графике в соответствующих масштабах, причем производительность Q откладывают по оси абсцисс. [c.961]

    Для включенного вентилятора необходимо определить экспериментально и расчетным путем по приведенным выше формулам параметры работы подачу L, динамическое давление на выходе Рд вых, статическое давление рот, полное давление рв, затраты мощности /V и т]. [c.316]

    Полное давление газа слагается из статического и динамического (скоростного) давления  [c.29]

    Практически вследствие гидравлических потерь полное давление несколько снижается. В пределах рабочего колеса одновременно увеличивается статическое и динамическое давление. В спрямляющем аппарате и диффузоре статическое давление возрастает за счет уменьшения скорости полное давление уменьшается вследствие гидравлических потерь. Разность полных давлений за насосом и перед ним составляет давление, развиваемое насосом  [c.86]

    Динамический напор, а следовательно, и скорость измеряю1 пневмометрическими трубками в комплекте с дифференциальными манометрами (фиг. 266). При показанном на схеме расположении трубок левой открытой трубкой измеряется статическое давление, а правой, также открытой и изогнутой под углом, полное давление. [c.400]

    В результате анализа проб необходимо определить плотность и количество темной части (соляра) содержание в ней серы плотность и количество светлой части, содержание в ней органики состав и плотность сухой части газов Одновременно с пробоотбором измеряют скорость, температуру газов окисления температуру и давление сухой части газа перед ротаметром, расход сухой части газа температуру и давление (полное, статическое, динамическое) в газоходе. [c.456]

    В технике полное давление р, создаваемое вентилятором, и его статическую составляющую отсчитывают от атмосферного давления, а не от абсолютного нуля. Таким образом, р и р представляют собой разности между истинным значением рассматриваемого давления и атмосферным давлением 101,3 кПа. Вследствие этого, если вентилятор создает избыточное давление, то р и Рст будут иметь положительные значения, а при вакууме — отрицательные. Динамическое давление рд всегда положительно. [c.342]

    Основной частью всякого лопаточного нагнетателя (центробежного, осевого, вихревого) является колесо, которое при вращении передает жидкости подводимую от двигателя мощность, В других частях нагнетателя (кожухе, направляющих аппаратах) величина полного давления может только уменьшаться, хотя статическое давление обычно растет за счет уменьшения динамического давления. [c.22]

    Для преодоления гидравлических сопротивлений в сети полезно используется лишь статическая составляющая полного давления. Поэтому, не зависимо от наличия диффузора в спиральном корпусе дымососа, при проектировании газоотводящего тракта со стороны нагнетания необходимо предусматривать хорошо развитый диффузор с углом раскрытия, близким к 17°. За выходным фланцем этого диффузора сечение газоотводящего тракта, включая дымовую трубу, не должно суяо1ться. Вьшолнение этого условия обеспечивает максимальное использование динамической составляющей полного давления, создаваемого дымососом, и минимум безвозратных потерь энергии. [c.126]

    На всасывающем воздуховоде на расстоянии пяти калибров от коллектора н пяти калибров от шнбера установлена пневмометрн-ческая трубка для измерения динамического давления р дп и определения количества подсасываемого воздуха п. На уровне среза рабочего сопла имеется штуцер для определения статического давления в кольце вокруг сопла рсти. В центр сопла точно на срезе подведена трубка для определения полного давления рпь На воздуховоде за вентилятором находится штуцер для определения статического давления в напорном воздуховоде рои. [c.316]

    Для определения средних скоростей во входном сечении модели аппарата и в его рабочей камере одновременно с другими параметрами снимались показания Я, контрольного микроманометра — разность полного давления рц в центре подводящего участка и статического давления р на боковой стенке этого же участка. Следовательно, эта величина пропорциональна динамическому давлению в указанном сечении. Путем соответствующих пересчетов и введения тарировочпых коэффициентов определялись средние скорости в различных сечениях. [c.161]

    Динамическое давление на кромке сопла рд1 определяется как сумма полного давления рп1 и статического давления рош в кольце на срезе сопла (истечеияе из сопла происходит в среду с отрицательным давлением рсш)- [c.317]

    Неоднородность потока определялась по замерам полного и статического р давлений в сечении 1—1 непосредственно перед слоем и статического давленпя в сечении 2—2 за ним. Трубки полного давления укладывались в зернистый слой так, чтобы их приемники были заподлицо с верхней гра- Ь11 Жсл ницей слоя. Таким образом, измерялась нормальная к поверхности слоя составляющая динамического давления. Статическое давление измерялось на стенках аппарата, причем сечения /—1 и 2—2 выбирались так, чтобы влияние циркуляционных течений было минимальным. При обработке использовались выражения [c.270]

    На входе в сеть (сечение I—/) полное давление складывается нз динамического давления, которое положительно н равно 0,5рвг) , и статического давления (отрицательного), необходимого для преодоления сопротивления входу. В Данном случае полное давление оказывается равным нулю (Дрст1 = Дрдт). [c.319]

    Применение трубки Прандтля целесообразно при отсутствии прямолинейных участков трубопроводов достаточной длины, а также в случае воздухопроводов прямоугольного сечения. Схема и размеры стандартной трубки Прандтля представлены на рис. 8.6. Центральное отверстие трубки, направленное навстречу потоку, измеряет полное давление, а боковые отверстия — статическое. Следовательно, если соединить оба отверстия с дифма-нометром, то он измерит динамическое давление. Практически, однако, неточности изготовления трубки Прандтля вызывают небольшое искажение давления. Динамическое давление определяется по формуле [c.207]

    Получаемая в лабораторных условиях полная аэродннамичесгая характеристика вентилятора представляет собой совокупность кривых (полного давления р, статического давления рот, динамического давления Рд, расходуемой вентилятором мощности Л/, коэф()и-цнентов полезного действия — полного т) и статического Т1ст) ьак функцию от подачн L при определенных диаметре колеса, частоте вращения и плотности перемещаемой среды. [c.308]

---

Полное, статическое и динамическое давление. Измерение давления в воздуховодах систем вентиляции

 Полное, статическое и динамическое давление

При движении воздуха по ВВ в любом поперечном сечении различают 3 вида давления:

Статическое,

Динамическое,

Полное.

Статическое давление определяет потенциальную энергию 1 м³ воздуха в рассматриваемом сечении. Оно равно давлению на стенки воздуховода. .

Динамическое давление – кинетическаяя энергия потока, отнесенная к 1 м³ воздуха.

 – плотность воздуха,    

 — скорость воздуха, м/с.

Полное давление равно сумме статического и динамического давления.

Принято пользоваться значением избыточного давления, принимая за условный ноль атмосферное давление на уровне системы. В нагнетательных воздуховодах полное и статическое избыточное давление всегда «+», т.е. давление > . Во всасывающих воздуховодах полное и статическое избыточное давление «-».

Измерение давления в воздуховодах систем вентиляции

Давление в ВВ измеряется при помощи пневмометрической трубки и какого-либо измерительного прибора: микроманометра либо др.прибора.

Для нагнетательного воздуховода:

статическое давление – трубку статического давления к бачку микроманометра;

полное давление – трубку полного давления к бачку микроманометра;

динамическое давление – трубку полного давления к бачку, а статического – к капилляру микроманометра.

Для всасывающего воздуховода:

статическое давление – трубку статического давления к капилляру манометра;

полное давление – трубку полного давления к капилляру микроманометра;

динамическое давление – трубку полного давления к бачку, а статического – к капилляру микроманометра.

Схемы измерения давления в воздуховодах.

 

Билет №10

Потери давления в системах вентиляции

При движении по ВВ воздух теряет свою энергию на преодоление различных сопротивлений, т.е. происходят потери давления.

Потери давления на трение

 – коэффициент сопротивления трения. Зависит от режима движения жидкости по воздуховоду.

 — кинематическая вязкость, зависит от температуры.

При ламинарном режиме:

при турбулентном движении  зависит от шероховатости поверхности трубы. Применяются различные формулы и широко известна формула Альтшуля:

 – абсолютная эквивалентная шероховатость материала внутренней поверхности воздуховода, мм.

Для листовой стали 0,1мм; силикатобетонные плиты 1,5 мм; кирпич 4 мм, штукатурка по сетке 10 мм

Удельные потери давления

В инженерных расчетах пользуются специальными таблицами, в которых приводят значения  для круглого воздуховода. Для воздуховодов из других материалов вводится поправочный коэффициент и  равно:

.

Значение поправочного коэффициента  приводится к справочнике в зависимости от вида материала  и от скорости перемещения воздуха по воздуховоду.

Для прямоугольных воздуховодов за расчетную величину d принимают эквивалентныйdэк, при которой потери давления в круглом воздуховоде при той же скорости будут равны потерям давления в прямоугольном воздуховоде:

 — стороны прямоугольного воздуховода.

Следует иметь в виду: расход воздуха прямоугольного и круглого воздуховодов с  при равенстве скоростей не совпадает.

Динамическое давление

Динамическое давление — это кинетическая энергия текущей жидкости — жидкости или газа — на единицу объема — и может быть выражена как

p _d = 1/2 ρ v ² (1)

, где

p _d = динамическое давление (Н / м ² (Па), фунт _f / фут ² (psf))

ρ = плотность жидкости (кг / м ³ , пробок / фут ³ )

v = скорость (м / с, фут / с)

Калькулятор динамического давления — единицы СИ

Значения по умолчанию ниже приведены для воды плотностью 1000 кг / м ³ .

ρ — плотность жидкости (кг / м ³ )

v — скорость (м / с)

• 1 Н / м ² = 1 Па = 1.4504×10 ^-4 фунт _фунт / дюйм ² (фунт / кв. дюйм) = 0,02089 фунт _фут / фут ² (фунт / фут) = 1×10 ^-5 бар = 4,03×10 ^-3 в воде = 0,336×10 ^-3 футов вода = 0,1024 мм вода = 0,295×10 ^-3 мм рт. ст. = 7,55×10 ^-3 мм рт. ст. = 0,1024 кПа / м ² = 0.993×10 ^-5 атм

Калькулятор динамического давления — имперские единицы

Значения по умолчанию ниже для воды с плотностью 1,940 пробок .

ρ — плотность жидкости ( пробок / фут ³ )

v — скорость (фут / с)

Некоторые распространенные плотности при атмосферном давлении:

• Вода — 0 ^o C — 1000 кг / м ³
• Вода — 32 ^o F — 1.940 снарядов / фут ³
  
• Воздух — 20 ^o C — 1,2 кг / м ³
• Воздух — 60 ^o F — 2,373 10 ^-3 снарядов / футов ³
  

Пример — Динамическое давление в потоке воды

Динамическое давление в воде с — температурой 20 ^o C — плотностью 1000 кг / м ³ и скоростью 5 м / с — можно рассчитать как

p _d = 1/2 (1000 кг / м ³ ) (5 м / с) ²

= 12500 Па

= 12.5 кПа

Пример — ураган и сила, действующая на стену

Динамическое давление в урагане с температурой воздуха 20 ^o C, плотностью воздуха 1,2 кг / м ³ и скоростью ветра 37 м / с можно рассчитать как

p _d = 1/2 (1,2 кг / м ³ ) (37 м / с) ²

= 821 Па (Н / м ² )

Сила, действующая непосредственно на стену площадью 10 м ² , может быть рассчитана как

F = p _d A

= (821 Н / м ² ) (10 м ² )

= 8210 N

= 8.2 кН

— почти вес малолитражки.

Примечание! — реальная сила, действующая на стену или другое препятствие на ветру, как правило, более сложно вычислить из-за сопротивления, турбулентности и других эффектов.

Как рассчитать динамическое давление

Обновлено 15 декабря 2020 г.

Кевин Бек

Давление в физике — это сила, деленная на единицу площади. Сила, в свою очередь, равна массе, умноженной на ускорение.Это объясняет, почему зимний искатель приключений более безопасен на льду сомнительной толщины, если он лежит на поверхности, а не стоит прямо; сила, которую он прикладывает ко льду (его масса, умноженная на ускорение, направленное вниз под действием силы тяжести), одинакова в обоих случаях, но если он лежит ровно, а не стоит на двух ногах, эта сила распределяется по большей площади, тем самым понижая давление на лед.

В приведенном выше примере рассматривается статическое давление — то есть в этой «проблеме» ничего не движется (и, надеюсь, так и останется!).Динамическое давление бывает разным, включая движение объектов через жидкости, то есть жидкости или газы, или поток самих жидкостей.

Общее уравнение давления

Как уже отмечалось, давление — это сила, деленная на площадь, а сила — это масса, умноженная на ускорение. Однако массу ( м, ) также можно записать как произведение плотности ( ρ ) и объема ( V ), поскольку плотность — это просто масса, разделенная на объем. То есть, поскольку:

\ rho = \ frac {m} {V} \ text {then} = m = \ rho V

Кроме того, для обычных геометрических фигур объем, деленный на площадь, просто дает высоту.

Это означает, что, скажем, для столба жидкости, стоящего в цилиндре, давление ( P ) может быть выражено в следующих стандартных единицах:

P = {мг \ выше {1pt} A} = {ρVg \ above {1pt} A} = ρg {V \ above {1pt} A} = ρgh

Здесь h — глубина ниже поверхности жидкости. Это показывает, что давление на любой глубине жидкости фактически не зависит от ее количества; вы можете оказаться в небольшом резервуаре или в океане, а давление зависит только от глубины.

Динамическое давление

Очевидно, что жидкости не просто находятся в резервуарах; они перемещаются, часто их перекачивают по трубам, чтобы добраться с места на место. Движущиеся жидкости оказывают давление на объекты внутри них так же, как стоячие жидкости, но переменные меняются.

Вы могли слышать, что полная энергия объекта складывается из его кинетической энергии (энергии его движения) и его потенциальной энергии (энергии, которую он «хранит» при нагрузке пружины или находясь далеко над землей), и что эта сумма остается постоянной в закрытых системах.Точно так же полное давление жидкости — это ее статическое давление, заданное выражением ρgh , полученное выше, добавленное к его динамическому давлению, заданному выражением (1/2) ρv ² .

Уравнение Бернулли

Вышеприведенный раздел представляет собой вывод критического уравнения в физике, имеющего значение для всего, что движется через жидкость или испытывает поток, включая самолеты, воду в водопроводной системе или бейсбольные мячи.2

Это означает, что если жидкость входит в систему по трубе с заданной шириной и с заданной высотой и покидает систему по трубе с другой шириной и с другой высотой, общее давление в системе все равно может оставаться. постоянный.

Это уравнение основано на ряде допущений: плотность жидкости ρ не изменяется, поток жидкости постоянный и трение не играет роли. Даже с этими ограничениями уравнение чрезвычайно полезно.2)

Таким образом, если члены положительны и скорость на выходе больше, чем скорость на входе (то есть v ₂ > v ₁ ), давление на выходе должно быть ниже входного давления (то есть P ₂ < P ₁ ).

Что такое динамическое давление? — Определение и уравнение

Давление перемещения

Если вы заполните трубу водой и закроете оба конца, вода также окажет статическое давление на трубу и торцевые крышки.Однако что происходит, когда вы открываете концы трубы, и вода начинает двигаться? Когда жидкость движется по трубе, есть вторая составляющая давления. Он называется динамическое давление . Динамическое давление — это давление, действующее перпендикулярно направлению потока, и обозначается символом q. Уравнение динамического давления выглядит следующим образом:

Это уравнение применимо только для несжимаемых жидкостей, таких как вода или масло. Несжимаемый означает, что плотность жидкости остается постоянной. Если мы вернемся к примеру с баскетбольным мячом, воздух внутри баскетбольного мяча сжимается, и его плотность изменяется по мере увеличения давления. Таким образом, воздух не несжимаемый. Динамическое давление также можно назвать скоростным давлением, поскольку оно является результатом скорости жидкости внутри трубы.

Динамическое давление в действии

Рассмотрим пример. В этом примере я буду использовать метрические единицы или единицы СИ.Однако то же уравнение можно использовать и с британскими единицами измерения.

Если вода течет по трубе, какое динамическое давление вода оказывает на трубу при скорости потока 5 м / с? Поскольку вода несжимаема, можно применить уравнение динамического давления. Плотность воды можно найти во многих справочниках и составляет 1 грамм на кубический сантиметр. Расчет динамического давления показан ниже:

В этом примере вода в трубе, движущаяся со скоростью 5 м / с, будет оказывать давление 12500 Паскалей или 1.81 фунт / кв. Дюйм на трубе из-за проточной воды. Таким образом, динамическое давление воды составляет 1,81 фунта на квадратный дюйм.

Краткое содержание урока

На этом уроке мы узнали разницу между статическим и динамическим давлением. Во многих случаях, давление и статическое давление используются как взаимозаменяемые. Примером статического давления является давление внутри баскетбольного мяча, когда он надут. Это вычисляется путем деления силы на площадь, на которую действует сила. В случае с баскетбольным мячом это будет внутренняя поверхность мяча. Динамическое давление — это давление, оказываемое на поверхность из-за движения жидкости мимо этой поверхности. Уравнение для динамического давления:

Это уравнение используется только для несжимаемых жидкостей, таких как вода. Несжимаемая жидкость — это жидкость, которая имеет постоянную плотность в диапазоне давлений.

динамическое_давление

В гидродинамике динамическое давление (обозначается как q или Q , и иногда называется скоростным давлением ) — это величина, определяемая следующим образом:

Рекомендуемые дополнительные знания

где (в единицах СИ):

q = динамическое давление в паскалях

ρ = плотность жидкости в кг / м ³ (т.е.грамм. плотность воздуха)

v = скорость жидкости в м / с

Физический смысл

Динамическое давление тесно связано с кинетической энергией жидкой частицы, поскольку обе величины пропорциональны массе частицы (через плотность в случае динамического давления) и квадрату скорости. Фактически, динамическое давление является одним из членов уравнения Бернулли, которое по сути является уравнением сохранения энергии движущейся жидкости.

Другой важный аспект динамического давления заключается в том, что, как показывает анализ размеров, аэродинамическое напряжение (т.е. напряжение внутри конструкции, подверженной воздействию аэродинамических сил), испытываемое самолетом, движущимся со скоростью v , пропорционально плотности воздуха и квадрату v , т.е. пропорционально q . Следовательно, глядя на изменение q 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 является критическим параметром, например, для космических аппаратов во время запуска.

Альтернативные формы

Если рассматриваемая жидкость может считаться идеальным газом (что обычно имеет место в случае воздуха), динамическое давление может быть выражено как функция давления жидкости и числа Маха.

Применяя закон идеального газа:

p = ρ R T

определение скорости звука:

и определение числа Маха:

динамическое давление можно переписать как:

где (в единицах СИ):

p = давление в паскалях

M a = безразмерное число Маха

ρ = плотность в кг / м ³

R = удельная газовая постоянная (287.05 Дж / (кг · К) для воздуха)

T = абсолютная температура в кельвинах

k = безразмерный коэффициент теплоемкости (1,4 для воздуха, постоянный)

v = скорость в м / с

v _s = скорость звука в м / с

В качестве альтернативы, рассматривая, например, космический корабль во время запуска и используя формулу для плотности воздуха как функцию высоты (действительно только ниже тропопаузы), динамическое давление, связанное с космическим кораблем, может быть выражено как:

где (в единицах СИ):

q = динамическое давление в паскалях

v = скорость космического корабля в м / с

p ₀ = атмосферное давление на уровне моря в паскалях

M = молекулярная масса сухого воздуха (0.0289644 кг / моль)

R = удельная газовая постоянная (287,05 Дж / (кг · К))

T ₀ = абсолютная температура воздуха на уровне моря в градусах Кельвина

L = градиент атмосферной температуры (-0,0065 К / м)

ч = высота над уровнем моря в м

g = ускорение свободного падения на поверхности Земли в (9,80665 м / с ² )

См. Также

Простое объяснение Max Q, поскольку оно появилось в последнее время с запуском Falcon 9 прошлой ночью: space

Хорошо, поскольку Max Q подходил к запуску Falcon 9, я подумал, что напишу простое объяснение того, что это такое, если кому-то интересно.Читать дальше! (О, и если кому-то интересно превратить это в небольшое анимационное объяснение этого термина, свяжитесь со мной! Я думаю, это подойдет для озвучивания …)

Итак, вы смотрите свой первый космический шаттл или запуск ракеты, и вы слышите, как они используют термин «Макс Q».

Обычно запуск занимает около минуты. Бестелесный голос взволнованно объявляет: «Мы приближаемся к максимуму Q» или «Мы достигли максимального значения Q», и вы можете слышать, как он затаив дыхание, и просто ждете какого-то захватывающего события.Но ничего не происходит. Ракета продолжала взлетать. Что ж, надеюсь, это так.

Итак, что происходит? Что только что произошло? Ничего не было видно, вроде разделения сцены, которое происходит через несколько минут. Когда они объявляют об этом, часть ракеты падает. Хорошо, это довольно ясно. Вам не нужно было смотреть видео, чтобы узнать об этом. Но Max Q, несмотря на то, что на самом деле не виден, на самом деле является очень важным моментом во время запуска ракеты. И тоже довольно опасный.

См. Max Q означает «Максимальное динамическое давление.«Это момент при запуске, когда ракета или шаттл испытывает« максимальную механическую нагрузку ». Это просто способ сказать, что ракета испытывает сильное физическое давление из-за того, что проталкивается через весь воздух в атмосфере на действительно высокой скорости. Фактически, он испытывает наибольший физический стресс в течение всего запуска.

Вспомните, когда вы в последний раз высунули руку в окно, когда ехали по шоссе. Вы почувствовали давление воздуха на вашу руку, и вам действительно потребовалось усилие, чтобы ваша рука не отдернулась.Вы можете почувствовать это, даже когда едете не очень быстро, может быть, всего 60 миль в час.

Давление, которое ощущала ваша рука, мы называем «динамическим давлением», а величина, которую ощущает ваша рука, зависит от двух факторов. Насколько быстро едет ваша машина и сколько воздуха есть у вашей руки, чтобы оттолкнуться. То есть толщина воздуха или плотность воздуха.

Формула для динамического давления следующая: q = (1/2) p * V ² , но важно понимать, что существует взаимосвязь между двумя факторами: одним, плотностью воздуха («p») и во-вторых, ваша скорость («V»).Если вы увеличите одно или оба из двух, давление, которое вы чувствуете на руке, увеличится. С другой стороны, либо замедлите, либо уменьшите плотность воздуха, через который вы движетесь, и давление, которое вы чувствуете на руке, уменьшится. (ПРИМЕЧАНИЕ: формула для динамического давления сжимаемого материала действительно была бы правильным уравнением для использования здесь, но кто режет волосы?)

Конечно, в своей машине вы можете изменить только одну часть уравнения. Плотность воздуха на поверхности земли довольно постоянна, поэтому единственный способ повлиять на силу давления на вашу руку — это изменить скорость автомобиля.Остановите машину, и на вашу руку больше не будет давления. Увеличьте скорость, и давление возрастет.

Но когда вы собираетесь в космос, плотность воздуха является таким же фактором, как и ваша скорость, потому что она будет переходить от максимальной плотности воздуха на поверхности земли к нулю, без воздуха вообще, вокруг шестьдесят миль на краю космоса.

Когда вы достигнете нулевой плотности воздуха, независимо от того, насколько быстро вы двигаетесь, вы получите нулевое динамическое давление на руку, которую вы торчит из воздушного шлюза, потому что ей не на что толкаться.

Итак, мы начинаем с нулевого динамического давления, когда ракета находится на стартовой площадке, потому что скорость ракеты равна нулю. И мы заканчиваем нулевым динамическим давлением, когда ракета входит в космос, потому что плотность воздуха там нулевая.

Это означает, что где-то в середине пуска динамическое давление достигнет максимума, поскольку ракета набирает скорость и проталкивает оставшийся воздух. Если бы вы изобразили динамическое давление во время запуска ракеты, оно в конечном итоге выглядело бы как кривая колокола.Вверху этой кривой находится Max Q, момент максимальной нагрузки на космический корабль.

Инженеры проектируют свои корабли так, чтобы они могли выдерживать только определенное количество динамического давления, так же как ваша рука может выдержать только такое давление, прежде чем она оторвется, поэтому очень важно, чтобы ракета никогда не превышала Max Q, для которой она была разработана. . Если бы это произошло, планер прогнулся, и ракета развалилась бы на части, вероятно, распалась или взорвалась.

Итак, в следующий раз, когда вы увидите запуск ракеты и она достигнет максимального значения Q, но ничего не произойдет, что ж, это хорошо.

БОНУС:

Чтобы избежать превышения максимального значения Q, многие ракеты спроектированы таким образом, чтобы по мере приближения к максимальному значению Q их двигатели снижались до 80 или 60 процентов от их полной мощности, чтобы уменьшить имеющееся у них динамическое давление. противостоять.

Затем они снова дросселируются до полной мощности после того, как они прошли большую часть атмосферы и миновали один из самых опасных моментов запуска, Max Q.

Динамическое давление — обзор

II.B.1 Фундаментальные принципы

Наиболее очевидное различие между статическим и динамическим давлением заключается в продолжительности: в большинстве статических систем после установки давления оно обычно считается постоянным во времени, тогда как ударные давления возникают в результате волн большой амплитуды. проходят через материю и обязательно кратковременны, обычно порядка микросекунд. Еще одно различие между этими двумя методами заключается в том, что статическое давление может применяться изотермически, тогда как ударные волны обычно сопровождаются большими тепловыми отклонениями.Конечные статические давления имеют трехмерный характер и часто являются гидростатическими, тогда как ударное давление часто считается одноосным, что является результатом двумерного фронта ударной волны, проходящего через образец. Возникновение давления является результатом инерционной реакции вещества на быстрое ускорение. Хотя будут обсуждаться несколько различных методов удара, все они зависят от внезапного приложения силы к поверхности цели для инициирования ударной волны.

Ударная волна представляет собой тонкую область, обычно шириной 1 нм, из материала, на которой наблюдается скачок напряжения, плотности, скорости материала и внутренней энергии.Эта область движется со сверхзвуковой скоростью по отношению к материалу, в который она проникает. Хотя удары обычно создают область быстро увеличивающегося давления, достигающего максимума, возникает ударная волна, потому что скорость импульса увеличивается с увеличением давления. Это фундаментальное требование для создания ударной волны; это приводит к обострению мешающего импульса до ступенчатого перерыва. Поскольку все формы ударной силы недолговечны или цель уходит от возмущенной области, область низкого давления или волна выброса запускается в цель вслед за ударной волной.Волна высвобождения распространяется в более плотном материале из-за предшествующей ударной волны; следовательно, он движется быстрее и, в конце концов, преодолевает и разрушает ударный фронт.

Исследования ударных воздействий во многом зависели от одновременной разработки теоретических моделей или кодов, которые позволяют исследователям предсказывать воздействие ударных волн на конкретные материалы. В этих кодексах материалы часто рассматриваются как жидкости; однако ошибки, возникающие в результате таких приближений, обычно невелики из-за задействованных экстремальных давлений (т.е., как правило, выше 10 ГПа).

Параметры, которые обычно измеряются в ударном эксперименте, включают скорость ударной волны, скорость частиц за фронтом ударной волны и, в последнее время, давление и температуру. В пределах экспериментальных неопределенностей скорость ударной волны обычно оказывается линейной функцией скорости частицы.

Используя принципы сохранения массы, энергии и импульса на фронте ударной волны, можно вывести систему из трех уравнений, которые связывают конечную плотность, внутреннюю энергию и давление (или напряжение) с начальными значениями для материала и шок.Геометрическое место значений, полученных в результате ряда экспериментов, образует кривую, которая определяет конечные состояния, которые могут быть достигнуты для данного материала в плоскости скорости ударной волны-скорости частицы или плоскости напряжения-объема. Эта кривая обычно называется кривой Гюгонио, поскольку она определяет уравнение состояния Ренкина-Гюгонио для материала относительно его начального состояния.

Методы нагружения будут влиять на точность трех частей ударного эксперимента: (1) контроль давления, (2) равномерность возмущения на поверхности образца и (3) процессы декомпрессии или высвобождения.Наиболее распространенные методы создания ударных волн — это подрыв взрывчатых веществ либо при непосредственном контакте, либо при ударе по летной пластине, а также удар снаряда из ружья. Время от времени использовались взрывающиеся фольги или провода и взрывающиеся магнитные поля. Ударные волны, генерируемые лазером, становятся все более распространенными, особенно в свете текущих стратегий национальной обороны. Электрические рельсовые пистолеты обещают интересные результаты при достижении верхних пределов давления, но разработки были спорадическими. Наконец, исследования ядерной ударной волны привели к самым высоким динамическим давлениям и проверили расширение существующих теорий уравнения состояния до давлений в режиме десятков тесла-Паскаля.

Динамическое изменение давления — Справка по падению давления SF

Динамическое изменение давления

В расширяющихся или сужающихся трубах следующие изменения давления: существующие:

1. Падение давления из-за трения, турбулентности и отрыва потока:
dP = коэффициент сопротивления x плотность / 2 x скорость²

2. Изменение давления, вызванное изменением кинетической энергии в соотв. Бернулли формула:
dP = плотность * (скорость1² — скорость2²) / 2.
Для увеличения изменение давления положительное, для сокращений отрицательное.

Элемент «Динамическое изменение давления» рассчитывает изменение статического давления. вызванные изменениями кинетической энергии. Обычно вы вводите размер начала и конец всей трубы.

Внимание: Расчетные данные выводятся как падение давления, т. Е. Если выход отрицательный, давление увеличивается, если выход положительный, давление снижается.

В предыдущих версиях программы (<версия 6.25) эти изменения давления были рассчитывается в сочетании с расширениями и сужениями труб.

Корреляция: статическое давление, динамическое давление и полное давление и пример расчета

(Изменения давления, вызванные трением, турбулентностью и перепадом высот трубы не рассматриваются.