动压

更新时间:2023-11-17 21:02

动压,物体在流体中运动时,在正对流体运动的方向的表面,流体完全受阻,此处的流体速度为0,其动能转变为压力能,压力增大,其压力称为全受阻压力(简称全压或总压,用P表示),它与未受扰动处的压力(即静压,用P静表示)之差,称为动压(用P动表示)。

物理意义

动压是流体颗粒每单位体积的动能。动压实际上是伯努利方程式之一,可以从运动中流体的能量守恒得出。在简单的情况下,动压等于停滞压力和静压之间的差值。

动态压力的另一个重要方面是,如尺寸分析所示,以速度 v行驶的飞机所经历的空气动力学应力(即受到空气动力的结构内的应力)与空气密度和平方 v,即与 q成比例。因此,通过查看飞行中 q的变化,可以确定应力如何变化,特别是当其达到最大值时。最大空气动力学负载点通常被称为最大Q值,并且在许多应用中是关键参数,例如在航天器发射期间。

动能与动压

空气做定向流动时具有动能,用E表示(J/m3),其动能所呈现的压力称为动压(或速压),用h(或h速)表示,单位Pa。

动压的计算式

设某点空气密度为ρ(kg/m3),定向流动的流速为v(m/s),则单位体积空气所具有的动能为E:

单位是J/m3。

E动对外所呈现的动压为h:

单位是Pa 。

动压的特点

(1)只有做定向流动的空气才呈现出动压;

(2)动压具有方向性,仅对与风流方向垂直或斜交的平面施加压力。垂直流动方向的平面承受的动压最大,平行流动方向的平面承受的动压为零;

(3)在同一流动断面上,因各点风速不等,其动压各不相同; (4)动压无绝对压力与相对压力之分,总是大于零。

测压仪器

在矿井通风测量仪器中,测定空气压力的便携式仪器有三类:一是测量绝对压力的气压计;二是测量相对压力的压差计和皮托管;三是可同时测定绝对压力、相对压力的精密气压计或矿井通风综合参数检测仪等。

绝对压力测量仪器

最常用的是空盒气压计,其内部构造如图1所示。

其中,1、2、3、4—传动机构;5—拉杆;6—波纹真空膜盒;7—指针;8—弹簧 空盒气压计的感压元件是外表呈波纹形、内为真空的特殊合金金属膜盒。当压力增大或减小时,膜盒面相应地凹下、凸出,通过传动机构将这种微小位移放大后,驱动指针指示出当时测点的绝对压力值。

测压时,将仪器水平放置在测点处,轻轻敲击仪器外壳,以消除传动机构的摩擦误差,放置3~5min待指针变化稳定后读数。读数时,视线与刻度盘平面要保持垂直,同时,还要根据每台仪器出厂时提供的校正表(或曲线),对读数进行刻度、温度及补偿校正。

常用的DYM3型空盒气压计的测压范围为80000~108000Pa,最小分度为10Pa,经过校正后的测量误差不大于200Pa。因精度较低,一般只适用于粗略测量和空气密度测算。

相对压力测量仪器

测量井巷中(或管道内)某点的相对压力或两点的压力差时,一般需要用皮托管配合压差计来进行。压差计有U形压差计、单管倾斜压差计、补偿式微压计等。

1)皮托管

皮托管是承受和传递压力的工具。它由两个同心圆管相套组成,其结构如图2所示。内管前端有中心孔,与标有“+”号的接头相通;外管前端侧壁上分布有一组小孔,与标有“-”号的接头相通,内外管互不相通。

使用时,将皮托管的前端中心孔正对风流,此时,中心孔接受的是风流的静压和动压(即全压),侧孔接受的是风流的静压。通过皮托管的“+”接头和“-”接头,分别将全压和静压传递到压差计上。

2)U形压差计

有U形垂直压差计和U形倾斜压差计两种。

U形垂直压差计由垂直放置的U形玻璃管和标尺组成,U形玻璃管中装入蒸馏水或酒精,当玻璃管两端分别接入不等的空气压力时,通过两端液面的高差,在标尺上读出两点之间的空气压力差。

U形垂直压差计精度低,但量程大,适用于精度要求不高,压差较大的地方,如矿井主通风机房内测量风硐内外的压差。为了减小读数误差,可使用U形倾斜压差计,其测得的读数按下式计算压差:

h=ρgLsinα

式中 h——两液面的垂直高差,即压差,Pa; ρ——玻璃管内液体的密度,kg/m3; L——两端液面倾斜长度差,mm; α——U形管倾斜的角度(可调整),对于U形垂直压差计α=90º。

3)单管倾斜压差计

单管倾斜压差计由一个大断面的容器10(面积为F1)和一个小断面的倾斜测压管8(面积为F2)及标尺等组成。大容器10和测压管8互相连通,并在其中装有用工业酒精和蒸馏水配成的密度为0.81kg/m3的工作液。两断面之比(F1/F2)为250~300。仪器固定在装有两个调平螺钉9和水准指示器2的底座1上,弧形支架3可以根据测量范围的不同将倾斜测压管固定在5个不同的位置上,刻在支架上的数字即为校正系数。大容器通过胶管与仪器的“+”接头相通,倾斜测压管的上端通过胶皮管与仪器的“-”接头相连,当“+”接头的压力高于“-”接头的压力时,虽然大容器内液面下降甚微,但测压管端的液面上升十分明显,经过下式计算相对压力或压差h:

h=LKg ,Pa

式中 L——倾斜测压管的读数,mm; K——仪器的校正系数(又称常数因子),测压时倾斜测压管在弧形支架上的相应数字。

4)补偿式微压计

补偿式微压计可以作精确的压差测量。它有充水的大小两个容器2和1,下部用胶皮管9连通。大容器与仪器的“-”接头相通,小容器与仪器的“+”接头相通。转动读数盘3,大容器可随之上下移动。当“+”“-”接头的压力相同时,两容器液面处于同一平面上,通过装在小容器上的反射镜6可以看到水准器7的尖端同它自己的像正好相接。当“+”接头压力大于“-”接头压力时,小容器液面下降,反射镜6内的尖端和影像互相接触重叠,通过转动读数盘3,使两液面再次恢复到同一水平面上,由大容器的垂直移动距离(从标尺11和读数盘3上读出)来确定大小容器所受到的压力差。

仪器的操作和使用方法如下: (1)注入蒸馏水并调零。转动读数盘3,使读数盘及位移指针4均处于“0”点。打开螺盖5,注入蒸馏水,直到从反射镜中观察到水准器7的正、倒影像近似接触。盖紧螺盖,缓慢转动读数盘使大容器2上下移动数次,以排除胶皮管9内的气泡。用调平螺钉10将仪器调平,慢慢转动调节螺母8使小容器微微移动,水准器中的正、倒影尖恰好相接触。若两个影尖重叠,表明水量不足,应再加水;若两个影尖分离,表明水量过多,应排出部分水量。

(2)测定。仪器调平、调零后,将被测压力较大的胶皮管接到仪器的“+”接头,压力较小的胶皮管接到仪器的“-”接头上。小容器1中的液面下降,从反射镜6中可观察到水准器的正、倒影像消失或重叠,顺时针缓慢转动读数盘3,直到两个影像尖端再次恰好相接。指针4所指示的标尺整数与读数盘所指的小数之和,即为所测压力差值。

常用的补偿式微压计有DJM9型、YJB-150/250-1型、BWY-150/250型等。

矿井通风综合参数检测仪

我国生产的JFY型矿井通风综合参数检测仪,是一种能同时测量空气的绝对压力、相对压力、风速、温度、湿度和时间的精密便携式本质安全型仪器,适用于煤矿井下使用。其主要技术参数如图3所示。

该仪器由压力传感器风速传感器温度传感器湿度传感器以及智能微机组成。其中的压力传感器采用高精度振动筒压力传感器,主要由保护筒、激振元件、振动弹性体、温度传感器、真空腔和拾振元件等组成。振动弹性体3为一个薄壁圆筒(壁厚0.08mm),是感受压力的敏感元件,与保护筒1焊接在一起,共同构成真空腔,此腔是测压基准参考腔。激振元件2、拾振元件6与放大器构成测压振荡器,在常压下产生一个固有的振动频率f,当压力P变化时,振荡器的固有频率也发生变化,即压力P与频率f一一对应,并且单值连续。通过测量频率f(或周期T )即可测出外界的绝对压力P。

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