左亞洲教授關(guān)于靜壓、 動(dòng)壓有關(guān)問(wèn)題的看法

一，問(wèn):

認(rèn)為水流動(dòng)時(shí)壓力表測(cè)得的壓力是動(dòng)壓，靜止時(shí)為靜壓。但在測(cè)試減壓閥出口壓力時(shí)發(fā)生了質(zhì)疑。既是動(dòng)壓應(yīng)該流速(流量)越大動(dòng)壓越大，可是減壓閥流量越大測(cè)得的壓力越小，流量再加大時(shí)，出口壓力降為零了。這時(shí)動(dòng)壓、靜壓都沒(méi)有了。也就是說(shuō)大流量時(shí)介質(zhì)沒(méi)有了能量，這是不可能的。請(qǐng)問(wèn)流動(dòng)時(shí)壓力表測(cè)得的壓力是動(dòng)壓的說(shuō)法對(duì)不對(duì)?

一，答:

1.1伯努利方程

對(duì)于單位重量流體的總機(jī)械能(能量除以重量mg)，在水力學(xué)中有一個(gè)專(zhuān)用的能量單位"水頭"， 單位是m·H₂0簡(jiǎn)寫(xiě)m;單位體積流體的總機(jī)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(jī)械中，表示流體總能量(E)表達(dá)式有兩種:

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

1.2動(dòng)壓、流量與表壓

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

式(3)和(4)右側(cè)第二項(xiàng)是功能即動(dòng)壓，動(dòng)壓是速度的函數(shù)，從其物理特性而言與靜壓沒(méi)有關(guān)系，動(dòng)壓不可能從壓力表中直接測(cè)得讀數(shù)，即使使用數(shù)字顯示儀得到讀數(shù)，也是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)流量進(jìn)行計(jì)算后轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)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(cè)不出流量，所以從理論上可以證明流動(dòng)狀態(tài)時(shí)的表壓不可能是動(dòng)壓，只可能是靜壓。

結(jié)論:水流動(dòng)時(shí)壓力表測(cè)得的壓力是動(dòng)壓的說(shuō)法是不對(duì)的。

二，問(wèn):

可調(diào)式減壓閥"既可以調(diào)靜壓也可以調(diào)動(dòng)壓"怎么解釋?

二，答:

2.1減靜壓

我們參閱右側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖來(lái)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(jù)流量連續(xù)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(shè)計(jì)和工作原理的最基本方程，因?yàn)檫M(jìn)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(shè)計(jì)角度分析 要得到P₂，就是要確定h_f值。它是通過(guò)導(dǎo)閥對(duì)主閥開(kāi)度(圖中H)的調(diào)節(jié)控制而實(shí)現(xiàn)的。

 從式(10)可以說(shuō)明，當(dāng)流量增加時(shí)，若減壓閥不能自動(dòng)調(diào)節(jié)好相匹配的開(kāi)度， V_i將快速增加，h_f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(shí)，管內(nèi)壓力降至負(fù)壓，發(fā)生負(fù)壓虹吸是給排水領(lǐng)域中常見(jiàn)的工況，即使是負(fù)壓其物理特性還是靜壓。

2.2調(diào)動(dòng)壓

從式(6)或(7)可知，對(duì)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(diào)動(dòng)壓就是調(diào)流量，要說(shuō)明的是:調(diào)流量(動(dòng)壓)時(shí)，進(jìn)口端的流量也在同步變化，兩端的動(dòng)壓總是恒等的。兩端不存在"減動(dòng)壓"概念。從式(9)可知，無(wú)論在減壓閥設(shè)計(jì)或在工作中，動(dòng)壓都可視為"無(wú)意義"。如果將“問(wèn)二”改為可調(diào)式減壓間"既可調(diào)靜壓也可調(diào)流量"就更直觀了。 

三，結(jié)束語(yǔ)

動(dòng)壓概念主要用于畢托管或孔板測(cè)介質(zhì)的流速。

畢托管在其總壓管口被滯止(v=O)，可據(jù)此測(cè)得流動(dòng)的總壓，另 在其靜壓測(cè)孔(相當(dāng)于管線(xiàn)的管壁壓力孔)處可測(cè)得流動(dòng)流體的靜壓。總壓與靜壓信號(hào)分別接入1個(gè)如U形管兩端，得到一個(gè)動(dòng)壓壓差值，可從中計(jì)算出流速。

孔板根據(jù)β值(d/D)所確定兩處不同通徑，測(cè)到兩處的動(dòng)壓差后，可從中計(jì)算出流速。我們建議:對(duì)于各類(lèi)閥門(mén)，包括各種水力控制閥門(mén)，若不是畢托管或孔板的應(yīng)用場(chǎng)合，不必使用動(dòng)壓這個(gè)術(shù)語(yǔ)概念，以免造成一些不必要的混淆。

靜壓就是我們所說(shuō)的流體壓力。

流體流動(dòng)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(zhì)是流體表面的法向應(yīng)力，管道里流體團(tuán)之間存在作用面間的法向應(yīng)力，體現(xiàn)在壓力表上的就是我們看到的法向應(yīng)力即壓力值。