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.

Среднее динамическое давление — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Среднее динамическое давление

Cтраница 1

Среднее динамическое давление вычисляется как частное от деления суммы замеренных динамических давлений на число измерений. Подставив значение среднего динамического давления в формулу ( 1 34) или ( 1 34), находят для данного сечения среднюю скорость.  [1]

По измерениям среднего динамического давления в тракте газов окисления рассчитывают их расход W, М3 / с, в нормальных условиях.  [2]

В напорных усреднителях перепад давления происходит в зависимости не от местного, а от некоторого среднего динамического давления потока. Усреднение может осуществляться в пределах одного, а также двух радиусов или диаметров при кольцевой площади или иным способом.  [3]

Предложено несколько разновидностей напорных усредняющих устройств или усреднителей, перепад давления в которых образуется в зависимости не от местного, но от некоторого среднего динамического давления потока.  [4]

Принципиальным отличием напорных усредняющих устройств от напорных трубок является то, что первые имеют по две группы отверстий, создающих перепад давления в зависимости не от местного, а от некоторого среднего динамического давления потока. При этом осреднение производится не по всей площади потока, а в зависимости от конструкции устройства либо по одному или двум перпендикулярным радиусам ( или диаметрам), либо по кольцевой площади трубы.  [5]

Среднее динамическое давление вычисляется как частное от деления суммы замеренных динамических давлений на число измерений. Подставив значение среднего динамического давления в формулу ( 1 34) или ( 1 34), находят для данного сечения среднюю скорость.  [6]

Высота сброса HQ должна обеспечивать такое среднее динамическое давление в момент удара, при котором в образце под индентором в результате деформации появляется зона пластичности.  [7]

Динамическое пластовое давление ра вдоль контура воронки депрессии меняется в зависимости от изменения ее формы. На среднем радиусе воронки депрессии или на радиусе влияния скважины действует только некоторое среднее динамическое давление.  [8]

Эти параметры регистрировались в покое перед нагрузкой, в период решения задач в начале, в середине и в конце рабочего периода и в период отдыха через 10 мин после окончания рабочего периода. Артериальное давление измерялось по методу Короткова, по математической формуле Хикема вычислялось среднее динамическое давление, частота сердечных сокращений определялась по второму отведению электрокардиограммы.  [9]

Сумма статического и динамического давлений называется полным давлением и может быть замерена с. Вторая трубка служит для замера статического давления в той же точке внутри воздуховода. Разность между полным давлением и статическим является динамическим давлением и фиксируется на шкале отсчета микроманометра. Для определения среднего динамического давления по сечению воздуховода замеры производят в нескольких точках.  [10]

При выполнении измерений одну пневмометрическую трубку устанавливают в контрольной точке на расстоянии 30 — 100 мм от оси воздуховода. Рабочую напорную трубку перемещают по линии измерения последовательно устанавливая в точках измерения, при этом входные отверстия трубок должны быть направлены навстречу газовому потоку. Измерение давления обеими трубками производят одновременно. В каждой точке необходимо выполнить не менее трех измерений динамического давления; по результатам измерений определяется среднее динамическое давление для данной точки измерения.  [11]

Расход воздуха, проходящего через воздуховоды, определяют косвенным способом — путем измерения динамического давления движущегося потока воздуха. Для измерения давления применяют микроманометры ( рис. 151, а), пневмометрические трубки и резиновые шланги для их соединения. Воздуховоды на всасывающей стороне вентилятора находятся под некоторым статическим разрежением, а на нагнетающей стороне — под статическим напором. Сумма статического и динамического давления называется полным давлением и может быть замерена с помощью одной из двух спаянных трубок пневмометрического устройства, введенного в воздуховод. Вторая трубка служит для замера статического давления в той же точке внутри воздуховода. Разность между полным давлением и статическим является динамическим давлением и фиксируется на шкале отсчета микроманометра. Для определения среднего динамического давления по сечению воздуховода замеры производят в нескольких точках сечения.  [13]

Страницы:      1

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.

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.

Как рассчитать динамическое давление

Обновлено 15 декабря 2020 г.

Автор: Кевин Бек

В физике давление — 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 = {mg \ above {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 быть 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 перекачивая их 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

Вышеупомянутый раздел представляет собой вывод критического уравнения в физике, имеющего значение для всего, что движется через жидкость или испытывает поток, включая самолет, 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 еще 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 скорости входа (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 заглушки.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 с увеличением 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 составлять 12500 Паскалей или 1.81 фунт / дюйм2 на трубе из-за проточной воды. Таким образом, динамическое давление воды составляет 1,81 фунта на квадратный дюйм.

Резюме 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 давления.

динамическое_давление

В гидродинамике динамическое давление (обозначаемое как q или Q , иногда называемое 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.

Другим важным аспектом динамического давления является то, что, как показывает анализ размеров, аэродинамическое напряжение (т.е. напряжение внутри конструкции, подверженной аэродинамическим силам), 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 космического корабля во время запуска.

Альтернативные формы

Если рассматриваемая жидкость может считаться идеальным газом (что обычно имеет место для 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 функции высоты (действителен 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)

h = 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, на случай, 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 как закадровый голос …)

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 пробивается 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 толщину 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 практически нулевой, без воздуха вообще, вокруг шестьдесят миль на краю космоса.

Когда вы достигнете нулевой плотности воздуха, независимо от того, как быстро вы движетесь, 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 равна нулю.

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, точно так же, как ваша рука может выдержать только такое давление, прежде чем она отдернется, поэтому очень важно, чтобы ракета никогда не превышала Max Q, для . 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 величину динамического давления, которое они имеют. противостоять.

Затем они возвращаются на полную мощность после того, как они прошли большую часть атмосферы и прошли 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 ступенчатой ​​прерывности. 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 в значительной степени 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, формирует 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 распространенными методами создания ударных волн являются подрыв взрывчатых веществ либо при прямом контакте, либо при попадании в пластину, 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.)

В потоках существуют следующие давления:

• статическое или гидростатическое давление p_stat
• динамическое или скоростное давление p_dyn

Статическое давление является статическим по отношению к движущейся жидкости и может быть измеряется через плоское отверстие параллельно потоку (манометр).

Динамическое давление обусловлено кинетической энергией, метод измерения пито-статическая трубка.

Сумма статического и динамического давления — это полное давление. это измеряется трубкой Пито.

Согласно формуле Бернулли сумма статического и динамического давления равна константа:

p_total1 = p_total2 = константа

p_stat1 + p_dyn1 = p_stat2 + p_dyn2 = константа

Кинетическая энергия потока называется динамическим или скоростным давлением.В действительна следующая формула:

p_dyn = плотность / 2 x скорость²

Пример расчета:

Уравнение Бернулли | Безграничная физика

Применение уравнения Бернулли: давление и скорость

Для «идеального» потока вдоль линии тока без изменения высоты увеличение скорости происходит за счет уменьшения статического давления.

Цели обучения

Адаптировать уравнение Бернулли для нестационарных или сжимаемых потоков

Основные выводы

Ключевые моменты

• Простейшая форма уравнения Бернулли (стационарный и несжимаемый поток) утверждает, что сумма механической энергии, потенциальной энергии и кинетической энергии вдоль линии тока постоянна.Следовательно, любое увеличение одной формы приводит к уменьшению другой.
• Уравнение Бернулли учитывает только давление и гравитационные силы, действующие на частицы жидкости. Следовательно, если нет изменения высоты вдоль линии тока, уравнение Бернулли становится балансом между статическим давлением и скоростью.
• Стационарное уравнение Бернулли для несжимаемой жидкости может быть получено путем интегрирования 2-го закона Ньютона вдоль линии тока.

Ключевые термины

• вязкость : Величина, выражающая величину внутреннего трения в жидкости, измеряемую силой на единицу площади, препятствующей однородному потоку.
• Идеальная жидкость : Невязкая и несжимаемая жидкость
• несжимаемый : Невозможно сжимать или конденсировать.

Применение уравнения Бернулли

Взаимосвязь между давлением и скоростью в идеальных жидкостях количественно описывается уравнением Бернулли, названным в честь его первооткрывателя, швейцарского ученого Даниэля Бернулли (1700–1782). Уравнение Бернулли утверждает, что для несжимаемой и невязкой жидкости полная механическая энергия жидкости постоянна.2 [/ latex], где \ rho — плотность жидкости в (единица СИ: кг / м ³ ), а V — скорость жидкости (единица СИ: м / с). Единица измерения статического и динамического давления в системе СИ — паскаль.

Syphoning : Сифонирование жидкости между двумя резервуарами. Расход на выходе можно определить, проведя линию тока от точки (A) к точке (C).

Статическое давление — это просто давление в данной точке жидкости, динамическое давление — это кинетическая энергия на единицу объема жидкой частицы.2 + \ rho \ text {g} \ Delta \ text {h} = \ text {constant} [/ latex].

Вывод уравнения Бернулли

Уравнение Бернулли может быть получено путем интегрирования 2-го закона Ньютона вдоль линии тока с силами гравитации и давления как единственными силами, действующими на элемент жидкости. Учитывая, что любой обмен энергией является результатом консервативных сил, полная энергия вдоль линии тока постоянна и просто переключается между потенциальной и кинетической.

Применение уравнения Бернулли

Уравнение Бернулли может применяться при сифонировании жидкости между двумя резервуарами.Еще одно полезное применение уравнения Бернулли — вывод закона Торричелли для потока из отверстия с острыми краями в резервуаре. Линию тока можно провести от верха пласта, где известна полная энергия, до точки выхода, где известны статическое давление и потенциальная энергия, а динамическое давление (скорость потока на выходе) — нет.

Адаптация уравнения Бернулли

Уравнение Бернулли может быть адаптировано к нестационарным и сжимаемым потокам.Однако предположение о невязком потоке остается как в нестационарной, так и в сжимаемой версиях уравнения. Эффекты сжимаемости зависят от скорости потока относительно скорости звука в жидкости. Это определяется безразмерной величиной, известной как число Маха. Число Маха представляет собой отношение скорости объекта, движущегося в среде, к скорости звука в среде.

Закон Торричелли

Закон Торричелли — это теорема о соотношении между скоростью выхода жидкости из отверстия в резервуаре и высотой жидкости над отверстием.

Цели обучения

Определите выходную скорость, изучив уравнение Бернулли.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Закон Торричелли применяется к невязкой несжимаемой жидкости («идеальной» жидкости).
• Вы можете получить результаты, применяя уравнение Бернулли между кровлей коллектора и выходным отверстием.
• Связь возникает из-за обмена потенциальной энергией в верхней части резервуара с кинетической энергией на выходе.
• Конечная кинетическая энергия эквивалентна тому, что твердое тело приобретет при падении с высоты h.

Ключевые термины

• inviscid : жидкость с нулевой вязкостью (внутреннее трение). На самом деле вязкость присутствует всегда. Однако она часто очень мала по сравнению с другими силами (например, гравитацией, давлением), и для обычных жидкостей (воды и воздуха) жидкость может быть приблизительно равна нулю вязкости.

Закон Торричелли — это теорема гидродинамики о соотношении между скоростью выхода жидкости из отверстия с острыми краями в резервуаре и высотой жидкости над этим выходным отверстием.2 [/ латекс]

Это может быть решено для выходной скорости, в результате чего,

[латекс] \ text {v} _ \ text {e} = \ sqrt {2 \ text {gh} _ \ text {t}} [/ latex]

, где снова h _t — разница высот между верхом резервуара и выходным отверстием. Из-за предположения об идеальной жидкости все силы, действующие на жидкость, являются консервативными, и, таким образом, существует обмен между потенциальной и кинетической энергией. В результате скорость, приобретаемая жидкостью, будет такой же, как у тела, если его просто сбросить с высоты h _t ^.

Простой эксперимент по проверке закона Торричелли заключается в наполнении бутылки содовой водой и прокалывании на дне небольшого отверстия (около 1 см в диаметре). По мере того, как высота резервуара уменьшается, скорость на выходе также уменьшается. Скорость на выходе можно увеличить, закрыв верхнюю часть резервуара и создав в нем давление.

Закон Торичелли : Выходная скорость зависит от высоты жидкости над выходным отверстием.

Ideal Fluid : Применяется к идеальной жидкости (невязкой, несжимаемой)

Поверхностное натяжение

Тенденция поверхности жидкости сопротивляться силе и вести себя как мембрана и является результатом сцепления между молекулами жидкости.

Цели обучения

Обобщите причину различного поверхностного натяжения на поверхности жидкости

Основные выводы

Ключевые моменты

• Поверхностное натяжение является результатом сцепления между молекулами жидкости. Молекулы на поверхности жидкости ощущают силу притяжения, притягивающую их к объему жидкости больше, чем твердое тело или жидкость на границе раздела.
• Когда встречается поверхность раздела жидкость-твердое тело-газ, краевой угол представляет собой меру относительной силы адгезионных и когезионных сил.
• Угол смачивания определяет смачиваемость поверхности.

Ключевые термины

• когезия : Различные межмолекулярные силы, удерживающие твердые тела и жидкости вместе.
• смачиваемость : Способность твердой поверхности снижать поверхностное натяжение жидкости, контактирующей с ней, так что она растекается по поверхности и смачивает ее.
• адгезия : способность вещества прилипать к непохожему на него веществу.

Поверхностное натяжение — это способность поверхности жидкости сопротивляться приложенным к ней силам.Этот эффект является результатом сцепления молекул жидкости, заставляющих поверхность жидкости сокращаться до минимально возможной площади. Этот эффект наблюдается в природе у насекомых-водомётов, которые могут ходить по воде. Кроме того, скрепка или булавка могут поддерживаться поверхностным натяжением на границе раздела вода-воздух.

Поверхностное натяжение FBD : Диаграммы сил, показывающие направление сил для воды, поддерживающей ступню водомера (насекомого) и штифт. В обоих случаях вертикальной составляющей поверхностного натяжения достаточно, чтобы выдержать вес объекта.

В объеме жидкости молекулы тянутся одинаково во всех направлениях. Молекулы на поверхности ощущают большую силу притяжения по отношению к массивному материалу, чем материал границы раздела.

Поверхность жидкости — это граница раздела между другой жидкостью, твердым телом или и тем, и другим. Следовательно, поверхностное натяжение будет свойством поверхности раздела, а не просто жидкостью. Адгезия описывает силу притяжения между молекулами разных типов. Поверхность жидкости в контейнере — это поверхность раздела между жидкостью, воздухом и контейнером.Там, где встречаются поверхности, силы должны быть в равновесии. Это приводит к краевому углу на границе раздела. Краевой угол смачивания измеряется в жидкости и зависит от относительной силы сил сцепления в жидкости и сил сцепления между жидкостью и материалами поверхности раздела. Если молекулы жидкости сильно притягиваются к молекулам твердой поверхности (силы сцепления> силы сцепления), капля будет стремиться растекаться, и угол смачивания будет близок к нулю градусов. Если силы сцепления больше, чем силы сцепления, результирующие углы смачивания будут большими и образуют более круглую каплю.

Капля воды на листе : Когда капля воды образуется на листе, силы сцепления между молекулами воды превышают силы сцепления между водой и поверхностью листа. Лист представляет собой гидрофобную поверхность.

Контактный угол : Контактный угол — это угол, измеренный в жидкости, который получается, когда граница раздела жидкость-газ встречается с твердой поверхностью.