Statiskt tryck

Inom vätskemekanik har termen statiskt tryck flera användningsområden:

Vid design och drift av flygplan är statiskt tryck lufttrycket i flygplanets statiska trycksystem .
Inom vätskedynamik använder många författare termen statiskt tryck framför bara tryck för att undvika tvetydighet. Ofta kan dock ordet "statisk" släppas och i det användningstrycket är det samma som statiskt tryck vid en nominerad punkt i en vätska.
Termen statiskt tryck används också av vissa författare inom vätskestatik .

Statiskt tryck vid design och drift av flygplan

Ett flygplans statiska trycksystem är nyckeln till dess höjdmätare och driver tillsammans med pitottrycksystemet också flyghastighetsindikatorn .

Det statiska trycksystemet är öppet mot flygplanets yttre genom en liten öppning som kallas den statiska porten , som gör det möjligt att känna av det omgivande atmosfärstrycket på den höjd som flygplanet flyger på. Under flygning varierar lufttrycket något vid olika positioner runt flygplanets exteriör, så designers måste välja de statiska portarnas placeringar noggrant. Var de än befinner sig kommer lufttrycket som hamnarna observerar i allmänhet att påverkas av flygplanets momentana anfallsvinkel . Skillnaden mellan det observerade trycket och det faktiska atmosfärstrycket (på höjd) orsakar ett litet positionsfel i instrumentens indikerade höjd och flyghastighet. En designers mål med att lokalisera den statiska porten är att minimera det resulterande positionsfelet över flygplanets arbetsområde för vikt och flyghastighet.

Många författare beskriver atmosfärstrycket på den höjd där flygplanet flyger som det friströms statiska trycket . Minst en författare tar ett annat tillvägagångssätt för att undvika ett behov av uttrycket friströms statiskt tryck . Gracey har skrivit "Det statiska trycket är det atmosfäriska trycket vid flygplanets flygnivå". Gracey hänvisar sedan till lufttrycket vid vilken punkt som helst nära flygplanet som det lokala statiska trycket .

Statiskt tryck i vätskedynamik

Begreppet tryck är centralt för studiet av vätskor. Ett tryck kan identifieras för varje punkt i en vätskekropp, oavsett om vätskan är i rörelse. Trycket kan mätas med en aneroid , Bourdon-rör , kvicksilverkolonn eller olika andra metoder.

Begreppen totalt tryck och dynamiskt tryck härrör från Bernoullis ekvation och är betydelsefulla i studiet av alla vätskeflöden. (Dessa två tryck är inte tryck i vanlig mening - de kan inte mätas med en aneroid, Bourdon-rör eller kvicksilverkolonn.) För att undvika potentiella tvetydigheter när man hänvisar till tryck i vätskedynamik använder många författare termen statiskt tryck för att skilja det från totalt tryck och dynamiskt tryck ; termen statiskt tryck är identisk med termen tryck och kan identifieras för varje punkt i ett vätskeflödesfält.

I Aerodynamics skriver LJ Clancy: "För att skilja det från det totala och dynamiska trycket, kallas det faktiska trycket hos vätskan, som inte är förknippat med dess rörelse utan med dess tillstånd, ofta som det statiska trycket, men där termen endast tryck används, det hänvisar till detta statiska tryck."

Bernoullis ekvation är grundläggande för dynamiken hos inkompressibla vätskor. I många vätskeflödessituationer av intresse är förändringar i höjd obetydliga och kan ignoreras. Med denna förenkling kan Bernoullis ekvation för inkompressibla flöden uttryckas som

P+{\tfrac {1}{2}}\rho v^{2}=P_{0},

var:

$P\;$ är statiskt tryck,
${\tfrac {1}{2}}\rho v^{2}$ är dynamiskt tryck , vanligtvis betecknat med $q\;$ ,
$\rho \,$ är vätskans densitet ,
$v\,$ är flödeshastigheten , och
$P_{0}\;$ är det totala trycket som är konstant längs vilken strömlinje som helst . Det är också känt som stagnationstrycket .

Varje punkt i en stadigt strömmande vätska, oavsett vätskehastigheten vid den punkten, har sitt eget statiska tryck $P$ , dynamiskt tryck $q$ och totaltryck $P_{0}$ . Statiskt tryck och dynamiskt tryck kommer sannolikt att variera avsevärt genom vätskan men det totala trycket är konstant längs varje strömlinje. I irrotationsflöde är det totala trycket detsamma på alla strömlinjer och är därför konstant genom hela flödet.

Den förenklade formen av Bernoullis ekvation kan sammanfattas i följande minnesvärda ordekvation:

statiskt tryck + dynamiskt tryck = totalt tryck .

Denna förenklade form av Bernoullis ekvation är grundläggande för en förståelse av design och drift av fartyg, låghastighetsflygplan och flyghastighetsindikatorer för låghastighetsflygplan – det vill säga flygplan vars maximala hastighet kommer att vara mindre än cirka 30 % av ljudets hastighet .

Som en konsekvens av den utbredda förståelsen av termen statiskt tryck i relation till Bernoullis ekvation använder många författare inom området vätskedynamik också statiskt tryck snarare än tryck i tillämpningar som inte är direkt relaterade till Bernoullis ekvation.

British Standards Institution ger i sin Standard Glossary of Aeronautical Terms följande definition:

4412 Statiskt tryck Trycket vid en punkt på en kropp som rör sig med vätskan.

Statiskt tryck i vätskestatik

Termen (hydro)statiskt tryck används ibland i vätskestatik för att hänvisa till trycket hos en vätska på ett nominerat djup i vätskan. I vätskestatik är vätskan stationär överallt och begreppen dynamiskt tryck och totaltryck är inte tillämpliga. Följaktligen finns det liten risk för oklarhet i att använda termen tryck , men vissa författare väljer att använda statiskt tryck i vissa situationer.

Se även

Anteckningar

Flygplansdesign och drift

Gracey, William (1958), Mätning av statiskt tryck på flygplan (PDF) , Langley Research Center: NACA, TR-1364 , hämtad 2008-04-26 .
Gracey, William (1980), Mätning av flygplanets hastighet och höjd (PDF) , Langley Research Center: NASA, RP-1046 , hämtad 2008-04-26 .
Gracey, William (1981), Measurement of Aircraft Speed and Altitude , New York: John Wiley & Sons, ISBN 978-0-471-08511-9
Kermode, AC (1972) Mechanics of Flight , Longman Group Limited, London ISBN 0-582-23740-8
Lombardo, DA, Aircraft Systems , 2:a upplagan, McGraw-Hill (1999), New York ISBN 0-07-038605-6

Vätskedynamik

LJ Clancy (1975), Aerodynamics , Pitman Publishing Limited, London ISBN 0-273-01120-0
Streeter, VL (1966), Fluid Mechanics , McGraw-Hill, New York