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动态压力

1738
  • Daniel Bernoulli
带有皮托管的风洞装置,用于测量流体力学中的动压。.

(图片仅供参考)

动态的 压力动能,记为 q 或 Q,是单位体积流体的动能。其定义公式为 q = frac{1}{2} rho u^2[/latex],其中 ρ 为局部流体密度,u 为流体速度。该量在流体动力学中至关重要,用于量化流体运动产生的压力。

The concept of dynamic pressure originates from the 能量守恒 for a moving fluid. It represents the portion of the fluid’s total energy associated with its bulk motion. The formula [latex]q = \frac{1}{2} \rho u^2[/latex] can be derived by considering the kinetic energy ([latex]E_k = \frac{1}{2} m u^2[/latex]) of a small parcel of fluid with mass [latex]m[/latex] and volume [latex]V[/latex]. Since density [latex]\rho[/latex] is mass per unit volume ([latex]\rho = m/V[/latex]), the kinetic energy per unit volume is [latex]E_k/V = (\frac{1}{2} m u^2)/V = \frac{1}{2} (m/V) u^2 = \frac{1}{2} \rho u^2[/latex]. This result shows that dynamic pressure is not a pressure in the conventional sense of a normal force per unit area exerted by molecular collisions (which is static pressure). Instead, it is a scalar quantity with units of pressure (Pascals in SI units) that conveniently represents the kinetic energy density of the flow. This distinction is crucial; dynamic pressure cannot be measured directly by a standard pressure gauge oriented parallel to the flow. It can only be measured by bringing the fluid to a stop isentropically, converting its kinetic energy into a measurable pressure increase.

从历史上看,丹尼尔·伯努利在其1738年的著作《流体动力学》中奠定了基础。虽然他提出了流体能量守恒的基本原理,但“动压”作为一个独立术语的明确分离和命名,是在19世纪末20世纪初现代流体动力学和空气动力学发展过程中才逐渐普及的。动压的用途在于简化复杂的流体动力学方程。例如,在许多空气动力学计算中,力通过动压进行无量纲化,这使得我们可以比较不同尺寸物体在不同速度和不同流体中的空气动力学性能,只要其他参数(例如……)保持不变。 雷诺数 两者匹配。这使其成为风洞试验和计算流体动力学 (CFD) 的一个关键量。

UNESCO Nomenclature: 2210
- 机械

类型

抽象系统

中断

基础

用法

广泛使用

前体

  • 艾萨克-牛顿运动定律
  • 动能的概念([latex]E_k = frac{1}{2}mv^2[/latex])
  • 压力和密度的早期概念
  • 能量守恒定律

应用程序

  • 飞机设计(计算升力和阻力)
  • 用于流量测量的文丘里流量计设计
  • 用于空速测量的皮托管操作
  • 天气预报(分析结构上的风荷载)
  • 汽车设计(空气动力学优化)
  • 土木工程(桥梁和建筑物的风荷载)

专利:

NA

潜在创新理念

  • 自适应建筑立面可根据实时动态压力传感器数据改变形状,以最大限度地减少风荷载
  • 智能运动服装集成传感器,可测量空气或水的动态压力,提供反馈以优化形态并减少阻力
  • 无人机 flight controllers that use dynamic pressure calculations for more accurate energy consumption estimates and extended flight times
  • 先进的天气模型,利用动态压力场来更好地预测风暴和飓风造成的结构性破坏潜力
  • 植入式医疗设备,通过计算动态压力来监测血流,以检测狭窄或动脉瘤
  • 用于水下自主航行器(auv)的动态压力控制系统,可在变化的水流中保持最佳巡航效率
  • 根据周围风动压力调节喷嘴压力和液滴大小以最大程度减少漂移的农业喷洒系统
  • 高效暖通空调系统,根据管道内的动态压力测量来调节风扇速度,以节省能源
  • 高速列车的安全系统利用动态压力来预测和抵消侧风引起的不稳定性
  • 交互式博物馆展览,让用户可以在虚拟风洞中直观地看到物体周围的动态压力场
相关术语:动压、流体动力学、动能、流体密度、流体速度、伯努利原理、压力、空气动力学、不可压缩流 流体力学.

历史背景

动态压力

1678
1687
1687
1738
1750
1785
1788
1672
1687
1687
1738
1750
1757
1788
1800

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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