Чем полное давление отличается от статического. Определение динамического давления в воздуховоде

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.

Кинетическая энергия движущегося газа:

где m- масса движущегося газа, кг;

с- скорость газа, м/с.

(2)

где V- объём движущегося газа, м 3 ;

- плотность, кг/м 3 .

Подставим (2) в (1), получим:

(3)

Найдём энергию 1 м 3:

(4)

Полное давление складывается из и
.

Полное давление в воздушном потоке равно сумме статического и динамического напоров и представляет собой энергонасыщенность 1 м 3 газа.

Схема опыта для определения полного давления

Трубка Пито- Прандтля

(1)

(2)

Уравнение (3) показывает работу трубки.

- давление в столбе I;

- давление в столбе II.

Эквивалентное отверстие

Если сделать отверстие сечении F e через 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:

Всасывающий патрубок

Корпус вентилятора

Нагнетательный патрубок

Эквивалентное отверстие, заменяющее реальный трубопровод с его сопротивлением.

- 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:

где
- масса воздуха;

- начальный радиус лопатки;

- конечный радиус лопатки;

- скорость воздуха;

- тангенциальная скорость;

- радиальная скорость.

Разделим на
:

;

Секундная масса:

,

;

Секундная работа -мощность отдаваемая вентилятором:

.

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 радиусов
в выражение для нашего вентилятора и получим:

Теоретически напор вентилятора зависит от углов (*).

Заменим черези подставим:

Разделим левую и правую часть на :

.

где А иВ – 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(м 3 /сек).

Из конструктивных соображений выбирается и число лопаток – n ,

- плотность воздуха.

В процессе расчета определяются r 2 , 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.

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 m действует сила весаmg , сила инерции
, сила трения.

,

.

Нужно найти х , который равен длине, при которой нужно набрать скорость отV 0 доV , 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:

со шнековой выгрузкой

вибровыгрузной

бункера со свободным истечением сыпучей среды применяется на стационарных машинах

1. Бункера со шнековой выгрузкой

Производительность шнекового выгружателя:

.

скребковый элеваторный транспортер;

распределительный шнек бункер;

нижний выгружной шнек;

наклонный выгружной шнек;

- коэффициент заполнения;

n – число оборотов шнека;

t – шаг шнека;

- удельный вес материала;

Д – диаметр шнека.

2. Вибробункер

вибратор;

1. выгрузной лоток;

   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;

к 1 – коэффициент учитывающий скоростное сопротивление;

к 2 – жесткость рессор;

- круговая частота или скорость вращения вала вибратора;

- фаза установки грузов по отношению к смещению бункера.

Найдем амплитуду бункера к 1 =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.

Лекция 2. Потери давления в воздуховодах

План лекции. Массовый и объемный потоки воздуха. Закон Бернулли. Потери давления в горизонтальном и вертикальном воздуховодах: коэффициент гидравлического сопротивления, динамический коэффициент, число Рейнольдса. Потери давления в отводах, местных сопротивлениях, на разгон пылевоздушной смеси. Потери давления в высоконапорной сети. Мощность пневмотранспортной системы.

2. Пневматические параметры течения воздуха

2.1. Параметры воздушного потока

Под действием вентилятора в трубопроводе создается воздушный поток. Важными параметрами воздушного потока являются его скорость, давление, плотность, массовый и объемный расходы воздуха. Расходы воздуха объемный Q , м 3 /с, и массовый М , кг/с, связаны между собой следующим образом:

;
, (3)

где F – площадь поперечного сечения трубы, м 2 ;

v – скорость воздушного потока в заданном сечении, м/с;

ρ – плотность воздуха, кг/м 3 .

Давление в воздушном потоке различают статическое, динамическое и полное.

Статическим давлением Р ст принято называть давление частиц движущегося воздуха друг на друга и на стенки трубопровода. Статическое давление отражает потенциальную энергию воздушного потока в том сечении трубы, в котором оно измерено.

Динамическое давление воздушного потока Р дин , Па, характеризует его кинетическую энергию в сечении трубы, где оно измерено:

.

Полное давление воздушного потока определяет всю его энергию и равно сумме статического и динамического давлений, измеренных в одном и том же сечении трубы, Па:

Р = Р ст + Р д .

Отсчет давлений можно вести либо от абсолютного вакуума, либо относительно атмосферного давления. Если давление отсчитывается от нуля (абсолютного вакуума), то оно называется абсолютным Р . Если давление измерять относительно давления атмосферы, то это будет относительное давление Н .

Н = Н ст + Р д .

Атмосферное давление равно разности полных давлений абсолютного и относительного

Р атм = Р – Н .

Давление воздуха измеряют Па (Н/м 2), мм водяного столба или мм ртутного столба:

1 мм вод. ст. = 9,81 Па; 1 мм рт. ст. = 133,322 Па. Нормальное состояние атмосферного воздуха соответствует следующим условиям: давление 101325 Па (760 мм рт. ст.) и температура 273К.

Плотность воздуха есть масса единицы объема воздуха. По уравнению Клайперона плотность чистого воздуха при температуре 20ºС

кг/м 3 .

где R – газовая постоянная, равная для воздуха 286,7 Дж/(кг  К); T – температура по шкале Кельвина.

Уравнение Бернулли. По условию неразрывности воздушного потока расход воздуха постоянен для любого сечения трубы. Для сечений 1, 2 и 3 (рис. 6) это условие можно записать так:

;

При изменении давления воздуха в пределах до 5000 Па плотность его остается практически постоянной. В связи с этим

;

Q 1 = Q 2 = Q 3 .

Изменение давления воздушного потока по длине трубы подчиняется закону Бернулли. Для сечений 1, 2 можно написать

где р 1,2 – потери давления, вызванные сопротивлением потока о стенки трубы на участке между сечениями 1 и 2, Па.

С уменьшением площади поперечного сечения 2 трубы скорость воздуха в этом сечении увеличится, так что объемный расход останется неизменным. Но с увеличением v 2 возрастет динамическое давление потока. Для того, чтобы равенство (5) выполнялось, статическое давление должно упасть ровно на столько, на сколько увеличится динамическое давление.

При увеличении площади сечения динамическое давление в сечении упадет, а статическое ровно на столько же увеличится. Полное же давление в сечении останется величиной неизменной.

2.2. Потери давления в горизонтальном воздуховоде

Потеря давления на трение пылевоздушного потока в прямом воздуховоде с учетом концентрации смеси, определяется по формуле Дарси-Вейсбаха, Па

, (6)

где l – длина прямолинейного участка трубопровода, м;

 - коэффициент гидравлического сопротивления (трения);

d

р дин – динамическое давление, исчисляемое по средней скорости воздуха и его плотности, Па;

К – комплексный коэффициент; для трасс с частыми поворотами К = 1,4; для трасс прямолинейных с небольшим количеством поворотов
, где d – диаметр трубопровода, м;

К тм – коэффициент, учитывающий вид транспортируемого материала, значения которого приведены ниже:

Коэффициент гидравлического сопротивления  в инженерных расчетах определяют по формуле А.Д. Альтшуля

, (7)

где К э – абсолютная эквивалентная шероховатость поверхности, К э = (0,0001… 0,00015) м;

d – внутренний диаметр трубы, м;

R е – число Рейнольдса.

Число Рейнольдса для воздуха

, (8)

где v – средняя скорость воздуха в трубе, м/с;

d – диаметр трубы, м;

 - плотность воздуха, кг/м 3 ;

 1 – коэффициент динамической вязкости, Нс/м 2 ;

Значение динамического коэффициента вязкости для воздуха находят по формуле Милликена, Нс/м2

 1 = 17,11845  10 -6 + 49,3443  10 -9 t , (9)

где t – температура воздуха, С.

При t = 16 С  1 = 17,11845  10 -6 + 49,3443  10 -9 16 =17,910 -6 .

2.3. Потери давления в вертикальном воздуховоде

Потери давления при перемещении аэросмеси в вертикальном трубопроводе, Па:

, (10)

где  - плотность воздуха,  = 1,2 кг/м 3 ;

g = 9,81 м/с 2 ;

h – высота подъема транспортируемого материала, м.

При расчете аспирационных систем, в которых концентрация аэросмеси   0,2 кг/кг значение р под учитывают только при  h  10 м. Для наклонного трубопровода  h = l sin, где l – длина наклонного участка, м;  - угол наклона трубопровода.

2.4. Потери давления в отводах

В зависимости от ориентации отвода (поворота воздуховода на некоторый угол) в пространстве различают два вида отводов: вертикальные и горизонтальные.

Вертикальные отводы обозначают начальными буквами слов, отвечающих на вопросы по схеме: из какого трубопровода, куда и в какой трубопровод направляется аэросмесь. Различают следующие отводы:

– Г-ВВ – транспортируемый материал движется из горизонтального участка вверх в вертикальный участок трубопровода;

– Г-НВ – то же из горизонтального вниз в вертикальный участок;

– ВВ-Г – то же из вертикального вверх в горизонтальный;

– ВН-Г – то же из вертикального вниз в горизонтальный.

Горизонтальные отводы бывают только одного типа Г-Г.

В практике инженерных расчетов потерю давления в отводе сети находят по следующим формулам.

При значениях расходной концентрации   0,2 кг/кг

где
- сумма коэффициентов местного сопротивления отводов ветви (табл. 3) при R / d = 2, где R – радиус поворота осевой линии отвода; d – диаметр трубопровода; динамическое давление воздушного потока .

При значениях   0,2 кг/кг

где
- сумма условных коэффициентов, учитывающих потери давления на поворот и разгон материала за отводом.

Значения  о усл находят по величине табличных  т (табл. 4) с учетом коэффициента на угол поворота К п

 о усл =  т К п . (13)

Поправочные коэффициенты К п берут в зависимости от угла поворота отводов :

Таблица 3

Коэффициенты местного сопротивления отводов  о при R / d = 2

На вопрос Статическое давление это и есть атмосферное или как? заданный автором Єедя Бондарчук лучший ответ это Я призываю всех не копировать слишком умные статьи из энциклопедий, когда люди задают простые вопросы. Голимая физика тут не нужна.
Слово "статическое" означает в прямом смысле - постоянное, неизменное во времени.
Когда ты качаешь насосом футбольный мяч, внутри насоса давление не статическое, а разное каждую секунду. А когда накачаешь, внутри мяча постоянное давление воздуха - статическое. И атмосферное давление - статическое в принципе, хотя если копнуть глубже, это не так, оно все-таки незначительно меняется в течение дней и даже часов. Короче говоря, ничего заумного тут нет. Статическое - значит постоянное, и больше ничего не значит.
Когда здороваешься с парнями, рраз! Ударяешь током из руки в руку. Ну бывало же у всех. Говорят "статическое электричество". Правильно! В твоем теле в этот момент накопился статический заряд (постоянный). Когда дотрагиваешься до другого человека - половина заряда переходит ему в виде искры.
Все, не буду больше грузить. Короче, "статический" = "постоянный", на все случаи жизни.
Товарищи, если вы не знаете ответа на вопрос, и тем более вообще не учили физику, не нужно копировать из энциклопедий статьи!!
как раз аки вы не правы, вы не пришли на первое занятие и у вас не стали спрашивать формулы Бернули, верно? вам начали разжевывать, что такое давление, вязкость, формулы и тп и др, а вот когда ты приходишь и тебе дает именно так, как вы сказали у человека идет отвращение от этого. Какое любопытсво к заниям, если ты не понимаешь символов в уравнении том же самом? Легко говорить тому, у кого есть какая-то база, так что вы совершенно не правы!

Ответ от ростбиф [новичек]
Атмосферное давление противоречит МКТ строения газов и опровергает существование хаотичное движение молекул итог ударов которых есть давление на поверхностях граничных с газом. Давление газов предопределено взаимным отталкиванием одноименных молекул.Напряжение отталкивания равно давлению. Если рассматривать столб атмосферы, как раствор газов 78% азота и 21%кислорода и 1% др, то можно считать атмосферное давление как сумму парциальных далений ее составляющих. Силы взаимных отталкиваний молекул выравнивают расстояния между одноименными на изобарах.Предположительно молекулы кислорода не имеют сил отталкиваний с иными.Так из предположения, что одноименные молекулы отталкиваются с одним потенциалом это объясняет выравнивание концентраций газов в атмосфере и в закрытом сосуде.

Ответ от Гек Финн [гуру]
Статическое давление 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.
Давление в закрытой системе отопления:
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 давление, с которым 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 (гидравлических испытаний).

Ответ от способный [гуру]
Что бы перекачать жидкость на заданную высоту насос должен преодолеть статическое и динамическое давления. Статическое давление это давление обусловленное высотой столба жидкости в трубопроводе, т.е. высотой, на которую насос должен поднять жидкость.. Динамическое давление - сумма гидравлических сопротивлений, обусловленных гидравлическим сопротивлением самой стенки трубопровода (с учетом шероховатости стенки, загрязнений и т.д.), и местными сопротивлениями (изгибы трубопровода, вентили, задвижки и пр.).

Ответ от Евровидение [гуру]
Атмосфе́рное давле́ние - гидростатическое давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и земную поверхность. Атмосферное давление создаётся гравитационным притяжением воздуха к Земле.
А статического давление - токого понятия я не встечал. И в шутку можно предположить что это связано с законами электро сил и притяжения эелктричества.
Может это? -
Электроста́тика - раздел физики изучающий электростатическое поле и электрические заряды.
Между одноимённо заряженными телами возникает электростатическое (или кулоновское) отталкивание, а между разноимённо заряженными - электростатическое притяжение. Явление отталкивания одноименных зарядов лежит в основе создания электроскопа - прибора для обнаружения электрических зарядов.
Ста́тика (от греч. στατός, «неподвижный»):
Состояние покоя в какой-либо определенный момент (книжн.). Напр.: Описывать явление в статике; (прил.) статический.
Раздел механики, в котором изучаются условия равновесия механических систем под действием приложенных к ним сил и моментов.
Так что понятия статическое давление я не встречал.

Ответ от Андрей Хализов [гуру]
Давление (в физике) - отношение силы, нормальной к поверхности взаимодействия между телами, к площади этой поверхности или в виде формулы: P = F/S.
Статическое (от слова Статика (от греч. στατός, «неподвижный» «постоянный»)) давление - постоянное во времени (неизменяемое) приложение силы, нормальной к поверхности взаимодействия между телами.
Атмосферное (барометрическое) давление - гидростатическое давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и земную поверхность. Атмосферное давление создаётся гравитационным притяжением воздуха к Земле. На земной поверхности атмосферное давление изменяется от места к месту и во времени. Атмосферное давление падает с высотой, поскольку оно создаётся лишь вышележащим слоем атмосферы. Зависимость давления от высоты описывается т. н.
Т. е. это два разных понятия.

Закон Бернулли на Википедии
Посмотрите статью на википедии про Закон Бернулли

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.