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左亞洲教授關于靜壓、 動壓有關問題的看法

已關閉 懸賞分:0 - 提問時間 2013-02-05 13:34

 

一,問:

認為水流動時壓力表測得的壓力是動壓,靜止時為靜壓。但在測試減壓閥出口壓力時發生了質疑。既是動壓應該流速(流量)越大動壓越大,可是減壓閥流量越大測得的壓力越小,流量再加大時,出口壓力降為零了。這時動壓、靜壓都沒有了。也就是說大流量時介質沒有了能量,這是不可能的。請問流動時壓力表測得的壓力是動壓的說法對不對?

一,答:

1.1伯努利方程

對于單位重量流體的總機械能(能量除以重量mg),在水力學中有一個專用的能量單位"水頭", 單位是m·H20簡寫m;單位體積流體的總機械能(能量除以體積),單位是帕(Pa)。所以伯努利方程常用在流體機械中,表示流體總能量(E)表達式有兩種:

 

 

 

 

若測量基準與流道中心重合(諸如閥門等測試),則上兩式右側Z為0。上述兩式分別整理為:

 

 

1.2動壓、流量與表壓

從式(3)和(4)可以清楚的看出,右邊第一項的靜壓是與介質流動并存的,流速為0(即所謂的靜止)只是流動中的特例而已。無論介質是不是在流動或流速大小如何,都不能改變第一項是靜壓的物理特性。

式(3)和(4)右側第二項是功能即動壓,動壓是速度的函數,從其物理特性而言與靜壓沒有關系,動壓不可能從壓力表中直接測得讀數,即使使用數字顯示儀得到讀數,也是通過計算機對流量進行計算后轉換過來的。這可以從下式求證:

 

 

 

 

 

式(6)、 (7)中除Q之外都是常量,因壓力表測不出流量,所以從理論上可以證明流動狀態時的表壓不可能是動壓,只可能是靜壓。

結論:水流動時壓力表測得的壓力是動壓的說法是不對的。

 

二,問:

可調式減壓閥"既可以調靜壓也可以調動壓"怎么解釋?

二,答:

2.1減靜壓

我們參閱右側結構示意圖來討論:先列出閥兩端的伯努利能量守恒方程式:

 

 

      

 

 

減壓閥兩端通徑相等,根據流量連續方程原理,兩端流速相等(V1=V2),所以式(8)可整理為:

 

 

 

 

 

式(9)就是減壓閥設計和工作原理的最基本方程,因為進口壓力P1可視為常量,所謂減壓就是將P1減為P2,減壓后的靜壓就是P2,從設計角度分析 要得到P2,就是要確定hf值。它是通過導閥對主閥開度(圖中H)的調節控制而實現的。

 

 

 

 

 

 從式(10)可以說明,當流量增加時,若減壓閥不能自動調節好相匹配的開度, Vi將快速增加,hf將以速度平方的速率上升,P2降為0的可能性從式(9)明顯可以求證。下游流量驟增時,管內壓力降至負壓,發生負壓虹吸是給排水領域中常見的工況,即使是負壓其物理特性還是靜壓。

 

2.2調動壓

從式(6)或(7)可知,對于己確定的減壓閥,式中除流量Q是變量外,其余都是常量。所以調動壓就是調流量,要說明的是:調流量(動壓)時,進口端的流量也在同步變化,兩端的動壓總是恒等的。兩端不存在"減動壓"概念。從式(9)可知,無論在減壓閥設計或在工作中,動壓都可視為"無意義"。如果將“問二”改為可調式減壓間"既可調靜壓也可調流量"就更直觀了。 

 

三,結束語

動壓概念主要用于畢托管或孔板測介質的流速。

畢托管在其總壓管口被滯止(v=O),可據此測得流動的總壓,另 在其靜壓測孔(相當于管線的管壁壓力孔)處可測得流動流體的靜壓。總壓與靜壓信號分別接入1個如U形管兩端,得到一個動壓壓差值,可從中計算出流速。

孔板根據β值(d/D)所確定兩處不同通徑,測到兩處的動壓差后,可從中計算出流速。我們建議:對于各類閥門,包括各種水力控制閥門,若不是畢托管或孔板的應用場合,不必使用動壓這個術語概念,以免造成一些不必要的混淆。

靜壓就是我們所說的流體壓力。

流體流動與否,均存在靜壓。壓力表是否也可叫靜壓表?但都不這么叫。流體的壓力就是伯努利方程中的P,其本質是流體表面的法向應力,管道里流體團之間存在作用面間的法向應力,體現在壓力表上的就是我們看到的法向應力即壓力值。


 




左亞洲教授關于靜壓、 動壓有關問題的看法

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