Динамічний тиск

Динамічний тиск

Динамічний тиск (іноді його називають тиском швидкості) - це збільшення тиску рухомої рідини над її статичним значенням за рахунок руху. Таким чином, його можна розглядати як кінетичну енергію рідини на одиницю об'єму. В динаміці не стисненої і стисненої рідини, динамічний тиск q або Q визначається як:

[math]q = \dfrac {\rho\, u^{2}}{2}[/math]

де (використовуючи одиниці СІ):

[math]q\;[/math]	= динамічний тиск у паскалях,
[math]\rho\;[/math]	= щільність рідини в кг/м3 (наприклад, густина води),
[math]u\;[/math]	= швидкість потоку в м/с.

Для не стискуваного потоку рідини, динамічний тиск рідини - це різниця між її загальним тиском і статичним тиском. З закону Бернуллі динамічний тиск надає

[math]p_0 -p_s = \dfrac {\rho\, u^{2}}{2}[/math]

де [math]p_0[/math] and [math]p_s[/math] - загальний і статичний тиски відповідно.

Фізичне значення

Динамічний тиск - кінетична енергія на одиницю об'єму частинки рідини. Динамічний тиск насправді є одним із термінів рівняння Бернуллі, яке можна отримати від збереження енергії для рідини в русі. У спрощених випадках динамічний тиск дорівнює різниці між тиском застою і статичним тиском.

Інший важливий аспект динамічного тиску полягає в тому, що, як показує розмірний аналіз, аеродинамічне напруження (тобто напруження в структурі, що підлягає аеродинамічним силам), переживає повітряне судно, що рухається зі швидкістю [math]v[/math] пропорційна густині повітря та квадрату [math]v[/math], тобто пропорційна [math]q[/math]. Тому, переглядаючи коливання [math]q[/math] під час польоту, можна визначити, як буде змінюватися напруга, зокрема, коли воно досягне свого максимального значення. Точку максимального аеродинамічного навантаження часто називають максимальною max Q, і це важливий параметр у багатьох додатках, таких як ракети-носії.

Використання

Потік повітря через метр Вентури, показуючи стовпчики, з'єднані у U-подібній формі (манометр) і частково заповнені водою. Лічильник "зчитується" як головка диференціального тиску в см або дюймах води і еквівалентна різниці швидкості головки.

Динамічний тиск, поряд зі статичним тиском і тиском внаслідок підвищення, використовується в принципі Бернуллі, як енергетичний баланс у закритій системі. Ці три терміни використовуються для визначення стану замкнутої системи не стисненої рідини постійної щільності.

Коли динамічний тиск ділиться на добування густини рідини та прискорення за рахунок сили тяжіння, результат називається головкою швидкості, яка використовується в рівняннях голови, як та, що використовується для напірної та гідравлічної головки. У витратомірі Вентури, головку диференціального тиску можна використовувати для обчислення головки диференціальної швидкості, які є еквівалентними на сусідньому малюнку. Альтернативою швидкості головки є динамічна головка.

Стиснений потік

Багато авторів визначають динамічний тиск лише для не стиснених потоків. (Для стиснених потоків ці автори використовують поняття ударного тиску.) Однак визначення динамічного тиску можна розширити, щоб включити потоки стисненого тиску.

Якщо рідину, про яку йде мова, можна вважати ідеальним газом (як правило, це стосується повітря), динамічний тиск може бути виражений у залежності від тиску рідини та числа Маха.

Застосовуючи закон ідеального газу:

[math]p_s = \rho_m\, R\, T,\,[/math]

визначення швидкості звуку [math]a[/math] і числа Маха [math]M[/math]:

[math]a = \sqrt{\gamma\, R\, T \over m_m},[/math]

[math]M = \frac{u}{a},[/math]

і також [math]q = \tfrac12\, \rho\, u^2[/math], динамічний тиск можна переписати так:

[math]q = \tfrac12\, \gamma\, p_{s}\, M^{2},[/math]

де (використовуючи одиниці СІ):

[math]p_{s}\;[/math]	= статичний тиск у Паскалі, є також базовою одиницею тиску СІ
[math]\rho_m\;[/math]	= молярна щільність ідеального газу в моль/м3
[math]m_m\;[/math]	= маса молю ідеального газу в кг/моль
[math]\rho\ = \rho_m m_m\;[/math]	= щільність ідеального газу в кг/м3
[math]R\;[/math]	= константа газу (8,3144 Дж/(моль·К)),
[math]T\;[/math]	= абсолютна температура в кельвінах (К),
[math]M\;[/math]	= число Маха (безрозмірна),
[math]\gamma\;[/math]	= співвідношення питомих нагрівань (безвимірна) (1,4 для повітря в умовах моря),
[math]u\;[/math]	= швидкість потоку в м/с,
[math]a\;[/math]	= швидкість звуку в м/с

Посилання

• https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_pressure
• Л. Дж. Клансі (1975), аеродинаміка, Pitman Publishing Limited, Лондон.
• Хафтон Е.Л. та Карпентер, П.В. (1993), Аеродинаміка для студентів-інженерів, Баттерворт і Хайнеман, Оксфорд, Великобританія.