التقنية / دليل فني
الضغط الديناميكي والضغط الساكن والمعاملات في توربينات الرياح
الضغط الديناميكي مقياس مرتبط بالسرعة، بينما يصف الضغط الساكن حالة الضغط المحلية. ويقارن معامل الضغط فرقًا محليًا بمقياس مرجعي مختار. ولا يمثل أي منها تلقائيًا القوة الكلية على توربين رياح كامل.
حدد نوع الضغط قبل تفسير قيمته.
يصبح رقم الضغط ذا معنى عند تحديد مرجعه وسرعته وموضعه. ويميز ذلك حالة ديناميكية حرارية وكمية مقياس ديناميكي هوائي وتوزيع حمل سطحي دون الخلط بينها بسبب اشتراكها في وحدات الضغط.
01 / الضغط الساكن
يبقى الضغط الساكن كمية حالة محلية.
الضغط الساكن p هو الضغط المرتبط بحالة المائع المحلية.
الضغط الساكن p هو الضغط المرتبط بحالة المائع المحلية. وقد يتغير حول جسم لأن التدفق يتغير باختلاف الموضع. ولا تتطلب كلمة «ساكن» سكون مجال الهواء المحيط كله.
يحتفظ الضغط المطلق وفروق الضغط بمراجع مختلفة. فقد يكون الضغط المحلي ناقص مرجع التدفق الحر موجبًا أو سالبًا حتى عندما يكون كلا الضغطين المطلقين موجبًا. ويمنع إظهار هذا الطرح تفسير المعامل السالب على أنه ضغط مطلق مستحيل.
02 / المقياس الديناميكي
الضغط الديناميكي مقياس للطاقة لكل حجم.
الضغط الديناميكي هو q = ½ρU² للكثافة والسرعة المحددتين.
الضغط الديناميكي هو q = ½ρU² للكثافة والسرعة المحددتين. وتعرّف NASA هذه الكمية مقياس ضغط مرتبطًا بحركة المائع. ووحداته kg/m³ مضروبة في m²/s²، بما يكافئ N/m² أو باسكال.
للقيم الافتراضية ρ = 1.2 kg/m³ و U = 10 m/s، تكون q مساوية لـ 60 Pa. ويؤدي تضاعف U مع ثبات الكثافة إلى 240 Pa. وتخص العلاقة التربيعية هذا المقياس المحدد؛ ولا تثبت وحدها حمل الآلة الكامل أو نسبة الخرج الكهربائي.
03 / مرجع السرعة
تختلف الرياح المرجعية عن التدفق النسبي للشفرة.
قد يستخدم معامل التدفق الحر سرعة محددة في جهة المنبع، بينما قد يستخدم حساب مقطع الشفرة السرعة النسبية للهواء التي يراها المقطع المتحرك.
قد يستخدم معامل التدفق الحر سرعة محددة في جهة المنبع، بينما قد يستخدم حساب مقطع الشفرة السرعة النسبية للهواء التي يراها المقطع المتحرك. وتجيب الضغوط الديناميكية الناتجة عن أسئلة مختلفة حتى عندما تتخذ صيغتها الشكل نفسه.
يجب أن يستخدم معامل الضغط وضغطه ذو الأبعاد مرجعًا متسقًا للكثافة والسرعة. فدمج معامل معرَّف بسرعة معينة مع q محسوبة من سرعة أخرى يغير عادةً الكمية الفيزيائية المعاد بناؤها. والمرجع جزء من التعريف، لا ملصقًا للزينة.
04 / معامل الضغط
يحفظ المعامل المحلي مرجعه المختار.
نعرّف Cp = (p − pref)/qref.
نعرّف Cp = (p − pref)/qref. تسمي وثائق NASA PLOTC صراحةً الضغط والكثافة والسرعة المرجعية في هذا التطبيع. وتشير Cp هنا إلى معامل ضغط؛ وقد تشير الحروف نفسها في سياق آخر إلى معامل قدرة الدوّار.
مع القيم الافتراضية qref = 60 Pa و p − pref = −30 Pa، تكون Cp مساوية لـ −0.5. وهذا فرق محلي فقط بالنسبة إلى ذلك المرجع؛ فلا يعني ضغطًا مطلقًا سالبًا ولا يقدم معامل تحويل قدرة للدوّار.
05 / توزيع القوى
يجب أن تحتفظ الضغوط السطحية بالاتجاه والمساحة.
يؤثر الضغط عموديًا على كل عنصر سطحي محلي.
يؤثر الضغط عموديًا على كل عنصر سطحي محلي. وتنتج قوة الضغط الصافية من تكامل هذا التوزيع مع الاتجاهات العمودية على السطح، بينما يساهم القص اللزج بصورة منفصلة. وضرب قراءة ضغط اعتباطية واحدة في قرص الدوّار كله يفقد الهندسة المحلية والمساهمات المتعاكسة.
معامل القوة تطبيع آخر محدد. ولا يمكن استنتاجه بمجرد إعادة تسمية Cp لسطح واحد. وقد تحمل الشفرة مجال ضغط موزعًا ينتج قوة محصلة وعزمًا معًا؛ وتهم محاورهما ومواضعهما المرجعية.
06 / حدود النموذج
يتطلب الفرق بين الضغط الكلي والساكن افتراضات للتدفق.
في تدفق مستقر غير قابل للانضغاط وعديم اللزوجة، مع تغير ارتفاع مهمل وشروط خط انسياب مناسبة، يساوي ضغط الركود ناقص الضغط الساكن q.
في تدفق مستقر غير قابل للانضغاط وعديم اللزوجة، مع تغير ارتفاع مهمل وشروط خط انسياب مناسبة، يساوي ضغط الركود ناقص الضغط الساكن q. وقد تتطلب الانضغاطية أو الخسائر أو الشروط غير المستقرة علاقة أخرى؛ فهذه المساواة ليست متطابقة عامة للحساسات.
لا يقدم هذا المقال توزيع ضغط لـ MARSTON أو حد حمل إنشائيًا. وهو يكمل دليل الرفع والسحب من خلال توضيح الكميات المرجعية، لا بتحويل مقياس ضغط بسيط إلى أداء للمنتج.
أدلة فنية ذات صلة: كثافة الهواء للرياح: الحرارة والضغط والرطوبة · تدفق داخل إلى دوّار منحرف عن الرياح: مركّبات السرعة والذيل المائل · تركيز الإجهاد عند جذر الشفرة: الكميات الاسمية والمحلية.
معلومات عامة: NASA Glenn: تعريف الضغط الديناميكي وعلاقات تغير مقياسه · NASA PLOTC: مراجع صريحة لمعامل الضغط الساكن. تشرح هذه المراجع مفاهيم القطاع؛ وهي منفصلة عن وثائق منتجات MARSTON والمشروع المنطبقة.
المفاهيم والشروط الأساسية.
اقرأ كل كمية مع مرجعها ووحداتها وشروطها المذكورة. فالعلاقة العامة لا تحدد قيمة خاصة بطراز معين.
| المفهوم / الكمية | المعنى / العلاقة | الشروط / الحدود |
|---|---|---|
| الضغط الساكن | p بوحدة Pa | حالة الضغط المحلية ومرجعه مهمان. |
| الضغط الديناميكي | ½ρU² بوحدة Pa | كثافة وسرعة محددتان. |
| فرق الضغط | p − pref بوحدة Pa | يمكن أن يكون سالبًا دون ضغط مطلق سالب. |
| معامل الضغط | Cp = (p − pref)/qref | ليس معامل قدرة الدوّار. |
| القوة المحصلة | التكامل السطحي | تبقى الاتجاهات العمودية والمساهمات اللزجة منفصلة. |
أسئلة هندسية.
هل للضغط الساكن معنى في الهواء الساكن فقط؟
لا. إنه أيضًا كمية حالة محلية في تدفق متحرك.
هل تضاعف السرعة يجعل q ضعف قيمته؟
عند ثبات الكثافة، تصبح q أربعة أمثال قيمتها.
هل تعني قيمة Cp سالبة ضغطًا مطلقًا سالبًا؟
لا. بسطه فرق عن مرجع.
هل Cp للضغط و Cp للقدرة هما المعامل نفسه؟
لا. قد تتطابق الرموز، لكن التعريفات تختلف.
هل يمكن ضرب ضغط محلي واحد في مساحة قرص الدوّار للحصول على الحمل الكلي؟
ليس عمومًا. يجب تمثيل الحمل السطحي الموزع والاتجاهات.
هل يساوي ضغط الركود ناقص الضغط الساكن q دائمًا؟
فقط ضمن الشروط المنطبقة للتدفق المثالي غير القابل للانضغاط.
استفسار فني
ناقش السؤال الفني.
الضغط الديناميكي مقياس مرتبط بالسرعة، بينما يصف الضغط الساكن حالة الضغط المحلية. شارك الطراز ومعلومات التشغيل أو التصميم المنطبقة لمناقشة هندسية.