動壓

動壓強一般指本詞條

動壓,物體在流體中運動時,在正對流體運動的方向的表面,流體完全受阻,此處的流體速度為0,其動能轉變為壓力能,壓力增大,其壓力稱為全受阻壓力(簡稱全壓或總壓,用P表示),它與未受擾動處的壓力(即靜壓,用P靜表示)之差,稱為動壓(用P動表示)。

基本介紹

  • 中文名:動壓
  • 外文名:Dynamic pressure
  • 領域:流體動力學
  • 來源:伯努利方程
  • 規律:流體能量守恆定律
  • 套用:礦井、航空航天等
物理意義,動能與動壓,動壓的計算式,動壓的特點,測壓儀器,

物理意義

動壓是流體顆粒每單位體積的動能。動壓實際上是伯努利方程式之一,可以從運動中流體的能量守恆得出。在簡單的情況下,動壓等於停滯壓力和靜壓之間的差值。
動態壓力的另一個重要方面是,如尺寸分析所示,以速度 v行駛的飛機所經歷的空氣動力學應力(即受到空氣動力的結構內的應力)與空氣密度和平方 v,即與 q成比例。因此,通過查看飛行中 q的變化,可以確定應力如何變化,特別是當其達到最大值時。最大空氣動力學負載點通常被稱為最大Q值,並且在許多套用中是關鍵參數,例如在太空飛行器發射期間。

動能與動壓

空氣做定向流動時具有動能,用E表示(J/m3),其動能所呈現的壓力稱為動壓(或速壓),用h(或h速)表示,單位Pa。

動壓的計算式

設某點空氣密度為ρ(kg/m3),定向流動的流速為v(m/s),則單位體積空氣所具有的動能為E:
單位是J/m3。
E動對外所呈現的動壓為h:
單位是Pa 。

動壓的特點

(1)只有做定向流動的空氣才呈現出動壓;
(2)動壓具有方向性,僅對與風流方向垂直或斜交的平面施加壓力。垂直流動方向的平面承受的動壓最大,平行流動方向的平面承受的動壓為零;
(3)在同一流動斷面上,因各點風速不等,其動壓各不相同; (4)動壓無絕對壓力與相對壓力之分,總是大於零。

測壓儀器

在礦井通風測量儀器中,測定空氣壓力的攜帶型儀器有三類:一是測量絕對壓力的氣壓計;二是測量相對壓力的壓差計和皮托管;三是可同時測定絕對壓力、相對壓力的精密氣壓計或礦井通風綜合參數檢測儀等。
絕對壓力測量儀器
最常用的是空盒氣壓計,其內部構造如圖1所示。
其中,1、2、3、4—傳動機構;5—拉桿;6—波紋真空膜盒;7—指針;8—彈簧 空盒氣壓計的感壓元件是外表呈波紋形、內為真空的特殊合金金屬膜盒。當壓力增大或減小時,膜盒面相應地凹下、凸出,通過傳動機構將這種微小位移放大後,驅動指針指示出當時測點的絕對壓力值。
空盒氣壓計內部結構圖空盒氣壓計內部結構圖
測壓時,將儀器水平放置在測點處,輕輕敲擊儀器外殼,以消除傳動機構的摩擦誤差,放置3~5min待指針變化穩定後讀數。讀數時,視線與刻度盤平面要保持垂直,同時,還要根據每台儀器出廠時提供的校正表(或曲線),對讀數進行刻度、溫度及補償校正。
常用的DYM3型空盒氣壓計的測壓範圍為80000~108000Pa,最小分度為10Pa,經過校正後的測量誤差不大於200Pa。因精度較低,一般只適用於粗略測量和空氣密度測算。
相對壓力測量儀器
測量井巷中(或管道內)某點的相對壓力或兩點的壓力差時,一般需要用皮托管配合壓差計來進行。壓差計有U形壓差計、單管傾斜壓差計、補償式微壓計等。
1)皮托管
皮托管是承受和傳遞壓力的工具。它由兩個同心圓管相套組成,其結構如圖2所示。內管前端有中心孔,與標有“+”號的接頭相通;外管前端側壁上分布有一組小孔,與標有“-”號的接頭相通,內外管互不相通。
使用時,將皮托管的前端中心孔正對風流,此時,中心孔接受的是風流的靜壓和動壓(即全壓),側孔接受的是風流的靜壓。通過皮托管的“+”接頭和“-”接頭,分別將全壓和靜壓傳遞到壓差計上。
皮托管皮托管
2)U形壓差計
有U形垂直壓差計和U形傾斜壓差計兩種。
U形垂直壓差計由垂直放置的U形玻璃管和標尺組成,U形玻璃管中裝入蒸餾水或酒精,當玻璃管兩端分別接入不等的空氣壓力時,通過兩端液面的高差,在標尺上讀出兩點之間的空氣壓力差。
U形垂直壓差計精度低,但量程大,適用於精度要求不高,壓差較大的地方,如礦井主通風機房內測量風硐內外的壓差。為了減小讀數誤差,可使用U形傾斜壓差計,其測得的讀數按下式計算壓差:
h=ρgLsinα
式中 h——兩液面的垂直高差,即壓差,Pa; ρ——玻璃管內液體的密度,kg/m3; L——兩端液面傾斜長度差,mm; α——U形管傾斜的角度(可調整),對於U形垂直壓差計α=90º。
3)單管傾斜壓差計
單管傾斜壓差計的外部結構和工作原理如圖2-6所示。它由一個大斷面的容器10(面積為F1)和一個小斷面的傾斜測壓管8(面積為F2)及標尺等組成。大容器10和測壓管8互相連通,並在其中裝有用工業酒精和蒸餾水配成的密度為0.81kg/m3的工作液。兩斷面之比(F1/F2)為250~300。儀器固定在裝有兩個調平螺釘9和水準指示器2的底座1上,弧形支架3可以根據測量範圍的不同將傾斜測壓管固定在5個不同的位置上,刻在支架上的數字即為校正係數。大容器通過膠管與儀器的“+”接頭相通,傾斜測壓管的上端通過膠皮管與儀器的“-”接頭相連,當“+”接頭的壓力高於“-”接頭的壓力時,雖然大容器內液面下降甚微,但測壓管端的液面上升十分明顯,經過下式計算相對壓力或壓差h:
h=LKg ,Pa
式中 L——傾斜測壓管的讀數,mm; K——儀器的校正係數(又稱常數因子),測壓時傾斜測壓管在弧形支架上的相應數字。
4)補償式微壓計
補償式微壓計可以作精確的壓差測量,其主要構造和原理如圖2-7所示。它有充水的大小兩個容器2和1,下部用膠皮管9連通。大容器與儀器的“-”接頭相通,小容器與儀器的“+”接頭相通。轉動讀數盤3,大容器可隨之上下移動。當“+”“-”接頭的壓力相同時,兩容器液面處於同一平面上,通過裝在小容器上的反射鏡6可以看到水準器7的尖端同它自己的像正好相接。當“+”接頭壓力大於“-”接頭壓力時,小容器液面下降,反射鏡6內的尖端和影像互相接觸重疊,通過轉動讀數盤3,使兩液面再次恢復到同一水平面上,由大容器的垂直移動距離(從標尺11和讀數盤3上讀出)來確定大小容器所受到的壓力差。
儀器的操作和使用方法如下: (1)注入蒸餾水並調零。轉動讀數盤3,使讀數盤及位移指針4均處於“0”點。打開螺蓋5,注入蒸餾水,直到從反射鏡中觀察到水準器7的正、倒影像近似接觸。蓋緊螺蓋,緩慢轉動讀數盤使大容器2上下移動數次,以排除膠皮管9內的氣泡。用調平螺釘10將儀器調平,慢慢轉動調節螺母8使小容器微微移動,水準器中的正、倒影尖恰好相接觸。若兩個影尖重疊,表明水量不足,應再加水;若兩個影尖分離,表明水量過多,應排出部分水量。
(2)測定。儀器調平、調零後,將被測壓力較大的膠皮管接到儀器的“+”接頭,壓力較小的膠皮管接到儀器的“-”接頭上。小容器1中的液面下降,從反射鏡6中可觀察到水準器的正、倒影像消失或重疊,順時針緩慢轉動讀數盤3,直到兩個影像尖端再次恰好相接。指針4所指示的標尺整數與讀數盤所指的小數之和,即為所測壓力差值。
常用的補償式微壓計有DJM9型、YJB-150/250-1型、BWY-150/250型等。
礦井通風綜合參數檢測儀
我國生產的JFY型礦井通風綜合參數檢測儀,是一種能同時測量空氣的絕對壓力、相對壓力、風速、溫度、濕度和時間的精密攜帶型本質安全型儀器,適用於煤礦井下使用。其主要技術參數如圖所示。
該儀器由壓力感測器、風速感測器、溫度感測器、濕度感測器以及智慧型微機組成。其中的壓力感測器採用高精度振動筒壓力感測器,其結構如圖2-8所示,主要由保護筒、激振元件、振動彈性體、溫度感測器、真空腔和拾振元件等組成。振動彈性體3為一個薄壁圓筒(壁厚0.08mm),是感受壓力的敏感元件,與保護筒1焊接在一起,共同構成真空腔,此腔是測壓基準參考腔。激振元件2、拾振元件6與放大器構成測壓振盪器,在常壓下產生一個固有的振動頻率f,當壓力P變化時,振盪器的固有頻率也發生變化,即壓力P與頻率f一一對應,並且單值連續。通過測量頻率f(或周期T )即可測出外界的絕對壓力P。
JFY型礦井通風綜合參數檢測儀技術參數表JFY型礦井通風綜合參數檢測儀技術參數表

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