Технологии / Техническое руководство
Динамическое и статическое давление, коэффициенты ветроустановки
Динамическое давление — масштаб, связанный со скоростью, а статическое описывает местное состояние давления. Коэффициент давления сравнивает местную разность с выбранным опорным масштабом. Ни одна величина не является автоматически полной силой на всей ветроустановке.
Назовите вид давления перед интерпретацией значения.
Значение давления имеет смысл при указании отсчёта, скорости и точки. Это различает термодинамическое состояние, аэродинамический масштаб и распределение нагрузки по поверхности, не смешивая их общие единицы давления.
01 / Статическое давление
Статическое давление остаётся местной величиной состояния.
Статическое давление p связано с местным состоянием среды.
Статическое давление p связано с местным состоянием среды. Оно может меняться вокруг тела из-за пространственных изменений потока. «Статическое» не требует неподвижности всего окружающего воздушного поля.
Абсолютное давление и разности давлений имеют разные отсчёты. Местное давление минус опорное давление свободного потока может быть положительным или отрицательным при двух положительных абсолютных давлениях. Явное вычитание не позволяет принять отрицательный коэффициент за невозможное абсолютное давление.
02 / Динамический масштаб
Динамическое давление — масштаб энергии на объём.
Динамическое давление равно q = ½ρU² при заданных плотности и скорости.
Динамическое давление равно q = ½ρU² при заданных плотности и скорости. NASA определяет его как масштаб давления, связанный с движением среды. Единицы — kg/m³, умноженные на m²/s², что эквивалентно N/m² или паскалям.
При условных ρ = 1.2 kg/m³ и U = 10 m/s q равно 60 Pa. Удвоение U при неизменной плотности даёт 240 Pa. Квадратичная связь относится к заданному масштабу и сама не определяет полную нагрузку машины или отношение электрической мощности.
03 / Отсчёт скорости
Опорный ветер и поток относительно лопасти различаются.
Коэффициент свободного потока может использовать заданную скорость выше по потоку, а расчёт сечения лопасти — относительную скорость воздуха у движущегося сечения.
Коэффициент свободного потока может использовать заданную скорость выше по потоку, а расчёт сечения лопасти — относительную скорость воздуха у движущегося сечения. Полученные динамические давления отвечают на разные вопросы, даже при одинаковой форме формул.
Коэффициент давления и соответствующее размерное давление должны иметь согласованные отсчёты плотности и скорости. Сочетание коэффициента для одной скорости с q, вычисленным для другой, обычно меняет восстановленную физическую величину. Отсчёт — часть определения, а не декоративная подпись.
04 / Коэффициент давления
Местный коэффициент сохраняет выбранный отсчёт.
Задайте Cp = (p − pref)/qref.
Задайте Cp = (p − pref)/qref. Документация NASA PLOTC явно называет опорные давление, плотность и скорость этой нормировки. Этот Cp означает коэффициент давления; те же буквы в другом контексте могут означать коэффициент мощности ротора.
При условных qref = 60 Pa и p − pref = −30 Pa Cp равен −0.5. Это лишь местная разность относительно этого отсчёта. Она не означает отрицательного абсолютного давления и не даёт коэффициент преобразования мощности ротора.
05 / Распределение силы
Давления на поверхности должны сохранять направление и площадь.
Давление действует по нормали к каждому местному элементу поверхности.
Давление действует по нормали к каждому местному элементу поверхности. Итоговая сила давления получается интегрированием распределения с нормалями поверхности; вязкое касательное напряжение вносит отдельный вклад. Умножение произвольного показания давления на весь диск ротора теряет местную геометрию и противонаправленные составляющие.
Коэффициент силы — другая заданная нормировка. Его нельзя получить простым переименованием одного поверхностного Cp. Лопасть может нести распределённое поле давления, создающее результирующую силу и момент; важны их опорные оси и точки.
06 / Граница модели
Разность полного и статического давления требует допущений о потоке.
В установившемся несжимаемом невязком потоке при пренебрежимом изменении высоты и подходящих условиях вдоль линии тока давление торможения минус статическое давление равно q.
В установившемся несжимаемом невязком потоке при пренебрежимом изменении высоты и подходящих условиях вдоль линии тока давление торможения минус статическое давление равно q. Сжимаемость, потери или нестационарность могут требовать иной зависимости; равенство не является универсальным тождеством датчика.
Эта статья не даёт распределение давления MARSTON или предел конструктивной нагрузки. Она дополняет руководство по подъёмной силе и сопротивлению за счёт уточнения опорных величин, а не превращения простой шкалы давления в характеристики продукции.
Связанные технические руководства: Плотность воздуха в ветроэнергетике: температура, давление и влажность · Косой обдув ротора: компоненты скорости и скошенный след · Концентрация напряжений в корне лопасти: номинальные и местные величины.
Общие сведения: NASA Glenn: определение и масштабирование динамического давления · NASA PLOTC: явные отсчёты коэффициента статического давления. Эти источники объясняют отраслевые принципы и отличаются от применимых документов продукции и проектов MARSTON.
Ключевые понятия и условия.
Рассматривайте каждую величину с её отсчётом, единицами и условиями. Общая зависимость не устанавливает значение для конкретной модели.
| Понятие / величина | Смысл / связь | Условия / пределы |
|---|---|---|
| Статическое давление | p в Pa | Важны местное состояние и отсчёт давления. |
| Динамическое давление | ½ρU² в Pa | Заданные плотность и скорость. |
| Разность давлений | p − pref в Pa | Может быть отрицательным без отрицательного абсолютного давления. |
| Коэффициент давления | Cp = (p − pref)/qref | Не коэффициент мощности ротора. |
| Результирующая сила | Интегрирование по поверхности | Нормали и вязкие составляющие остаются различными. |
Инженерные вопросы.
Имеет ли статическое давление смысл только в неподвижном воздухе?
Нет. Это также местная величина состояния в движущемся потоке.
Удваивает ли удвоение скорости q?
При неизменной плотности оно увеличивает q вчетверо.
Означает ли отрицательный Cp отрицательное абсолютное давление?
Нет. Его числитель — разность относительно отсчёта.
Являются ли Cp давления и Cp мощности одним коэффициентом?
Нет. Обозначения могут совпадать, но определения различаются.
Можно ли умножить одно местное давление на площадь диска ротора для полной нагрузки?
В общем случае нет. Нужно представить распределённую поверхностную нагрузку и направления.
Всегда ли давление торможения минус статическое равно q?
Только при применимых условиях идеального несжимаемого потока.
Технический запрос
Обсудите технический вопрос.
Динамическое давление — масштаб, связанный со скоростью, а статическое описывает местное состояние давления. Предоставьте модель и применимые эксплуатационные или проектные сведения для инженерного обсуждения.