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Pressione dinamica, pressione statica e coefficienti nelle turbine eoliche
La pressione dinamica è una scala legata alla velocità, mentre la pressione statica descrive lo stato di pressione locale. Un coefficiente di pressione confronta una differenza locale con una scala di riferimento scelta. Nessuna di queste grandezze è automaticamente la forza totale su un'intera turbina eolica.
Identificare la pressione prima di interpretarne il valore.
Un valore di pressione acquista significato quando si identificano riferimento, velocità e posizione. Questo distingue uno stato termodinamico, una grandezza di scala aerodinamica e una distribuzione di carico superficiale senza confonderne le comuni unità di pressione.
01 / Pressione statica
La pressione statica resta una grandezza di stato locale.
La pressione statica p è la pressione associata allo stato locale del fluido.
La pressione statica p è la pressione associata allo stato locale del fluido. Può variare intorno a un corpo perché il flusso cambia con la posizione. «Statica» non richiede che l'intero campo d'aria circostante sia immobile.
La pressione assoluta e le differenze di pressione mantengono riferimenti diversi. Una pressione locale meno un riferimento di flusso indisturbato può essere positiva o negativa anche se entrambe le pressioni assolute sono positive. Esplicitare la sottrazione evita di leggere un coefficiente negativo come una pressione assoluta impossibile.
02 / Scala dinamica
La pressione dinamica è una scala di energia per volume.
La pressione dinamica è q = ½ρU² per la densità e la velocità specificate.
La pressione dinamica è q = ½ρU² per la densità e la velocità specificate. La NASA definisce questa grandezza come una scala di pressione associata al moto del fluido. Le unità sono kg/m³ moltiplicate per m²/s², equivalenti a N/m² o pascal.
Per ρ = 1.2 kg/m³ e U = 10 m/s ipotetici, q è 60 Pa. Raddoppiando U a densità invariata si ottiene 240 Pa. La relazione quadratica appartiene a questa scala definita; non stabilisce autonomamente un carico completo della macchina o un rapporto fra potenze elettriche erogate.
03 / Riferimento di velocità
Vento di riferimento e flusso relativo alla pala differiscono.
Un coefficiente di flusso indisturbato può usare una velocità a monte designata, mentre il calcolo di una sezione di pala può usare la velocità relativa dell'aria incontrata dalla sezione mobile.
Un coefficiente di flusso indisturbato può usare una velocità a monte designata, mentre il calcolo di una sezione di pala può usare la velocità relativa dell'aria incontrata dalla sezione mobile. Le pressioni dinamiche risultanti rispondono a domande diverse anche quando la formula ha la stessa forma.
Un coefficiente di pressione e la sua pressione dimensionale devono usare riferimenti coerenti di densità e velocità. Combinare un coefficiente definito con una velocità e q calcolata con un'altra modifica generalmente la grandezza fisica ricostruita. Il riferimento è parte della definizione, non un'etichetta decorativa.
04 / Coefficiente di pressione
Un coefficiente locale conserva il riferimento scelto.
Definire Cp = (p − pref)/qref.
Definire Cp = (p − pref)/qref. La documentazione PLOTC della NASA nomina esplicitamente pressione, densità e velocità di riferimento in questa normalizzazione. Questo Cp indica un coefficiente di pressione; le stesse lettere possono indicare un coefficiente di potenza del rotore in un altro contesto.
Con qref = 60 Pa e p − pref = −30 Pa ipotetici, Cp è −0.5. È soltanto una differenza locale rispetto a quel riferimento. Non indica una pressione assoluta negativa né fornisce un coefficiente di conversione della potenza del rotore.
05 / Distribuzione delle forze
Le pressioni superficiali devono conservare direzione e area.
La pressione agisce normalmente a ogni elemento locale di superficie.
La pressione agisce normalmente a ogni elemento locale di superficie. La forza netta di pressione deriva dall'integrazione della distribuzione con le normali alla superficie, mentre il taglio viscoso contribuisce separatamente. Moltiplicare una lettura arbitraria di pressione per l'intero disco del rotore perde la geometria locale e i contributi opposti.
Un coefficiente di forza è un'altra normalizzazione definita. Non si ottiene semplicemente rinominando un Cp superficiale. Una pala può avere un campo distribuito di pressione che produce sia una forza risultante sia un momento; contano gli assi e i punti di riferimento.
06 / Confine del modello
La differenza fra pressione totale e statica richiede ipotesi sul flusso.
In un flusso stazionario, incomprimibile e non viscoso, con variazioni di quota trascurabili e appropriate condizioni lungo la linea di corrente, la pressione di ristagno meno quella statica è uguale a q.
In un flusso stazionario, incomprimibile e non viscoso, con variazioni di quota trascurabili e appropriate condizioni lungo la linea di corrente, la pressione di ristagno meno quella statica è uguale a q. Comprimibilità, perdite o condizioni non stazionarie possono richiedere una relazione diversa; l'uguaglianza non è un'identità universale dei sensori.
Questo articolo non fornisce una distribuzione di pressione MARSTON né un limite di carico strutturale. Integra la guida a portanza e resistenza chiarendo le grandezze di riferimento, senza trasformare una semplice scala di pressione in prestazioni del prodotto.
Guide tecniche correlate: Densità dell'aria per l'eolico: temperatura, pressione e umidità · Flusso in ingresso a un rotore disallineato: componenti di velocità e scia obliqua · Concentrazione delle tensioni alla radice della pala: grandezze nominali e locali.
Informazioni generali: NASA Glenn: definizione e relazioni di scala della pressione dinamica · NASA PLOTC: riferimenti espliciti del coefficiente di pressione statica. Questi riferimenti spiegano concetti del settore; sono distinti dai documenti MARSTON di prodotto e di progetto applicabili.
Concetti e condizioni fondamentali.
Leggere ogni grandezza insieme al riferimento, alle unità e alle condizioni dichiarate. Una relazione generale non stabilisce un valore specifico di un modello.
| Concetto / grandezza | Significato / relazione | Condizioni / limiti |
|---|---|---|
| Pressione statica | p in Pa | Contano lo stato locale e il riferimento di pressione. |
| Pressione dinamica | ½ρU² in Pa | Densità e velocità specificate. |
| Differenza di pressione | p − pref in Pa | Può essere negativo senza una pressione assoluta negativa. |
| Coefficiente di pressione | Cp = (p − pref)/qref | Non è il coefficiente di potenza del rotore. |
| Forza risultante | Integrazione sulla superficie | Normali e contributi viscosi rimangono distinti. |
Domande ingegneristiche.
La pressione statica ha significato solo nell'aria ferma?
No. È una grandezza di stato locale anche in un flusso in movimento.
Raddoppiare la velocità raddoppia q?
A densità costante, moltiplica q per quattro.
Un Cp negativo implica una pressione assoluta negativa?
No. Il numeratore è una differenza rispetto a un riferimento.
Il Cp di pressione e il Cp di potenza sono lo stesso coefficiente?
No. I simboli possono coincidere, ma le definizioni differiscono.
Si può moltiplicare una pressione locale per l'area del disco del rotore per ottenere il carico totale?
Non in generale. Vanno rappresentati carico superficiale distribuito e direzioni.
La pressione di ristagno meno quella statica è sempre q?
Solo nelle condizioni applicabili di flusso ideale incomprimibile.
Richiesta tecnica
Discutere la questione tecnica.
La pressione dinamica è una scala legata alla velocità, mentre la pressione statica descrive lo stato di pressione locale. Condividi il modello e le informazioni operative o progettuali applicabili per una discussione ingegneristica.