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
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。
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。