Pressão dinâmica - Dynamic pressure

Na dinâmica de fluidos incompressíveis , a pressão dinâmica (indicada com , ou Q , e às vezes chamada de pressão de velocidade ) é a quantidade definida por:

onde (usando unidades SI ):

pressão dinâmica em pascais (ou seja, kg / ms 2 ),
densidade de massa de fluido (por exemplo, em kg / m 3 , em unidades SI ),
velocidade do fluxo em m / s.

Pode ser considerada como a energia cinética do fluido por unidade de volume.

Para fluxo incompressível, a pressão dinâmica de um fluido é a diferença entre sua pressão total e a pressão estática . Pela lei de Bernoulli, a pressão dinâmica é dada por

onde e são as pressões total e estática, respectivamente.

Significado físico

A pressão dinâmica é a energia cinética por unidade de volume de um fluido. A pressão dinâmica é um dos termos da equação de Bernoulli , que pode ser derivada da conservação de energia para um fluido em movimento.

Em um ponto de estagnação, a pressão dinâmica é igual à diferença entre a pressão de estagnação e a pressão estática , então a pressão dinâmica em um campo de fluxo pode ser medida em um ponto de estagnação.

Outro aspecto importante da pressão dinâmica é que, como mostra a análise dimensional , o estresse aerodinâmico (ou seja, o estresse dentro de uma estrutura sujeita a forças aerodinâmicas) experimentado por uma aeronave viajando em velocidade é proporcional à densidade do ar e quadrado de , ou seja, proporcional a . Portanto, ao observar a variação de durante o vôo, é possível determinar como a tensão irá variar e, em particular, quando atingirá seu valor máximo. O ponto de carga aerodinâmica máxima é freqüentemente referido como q max e é um parâmetro crítico em muitas aplicações, como veículos lançadores.

Usos

Um fluxo de ar através de um medidor de venturi , mostrando as colunas conectadas em forma de U (um manômetro ) e parcialmente preenchidas com água. O medidor é "lido" como uma cabeça de pressão diferencial em cm ou polegadas de água e é equivalente à diferença na cabeça de velocidade .

A pressão dinâmica, junto com a pressão estática e a pressão devida à elevação, é usada no princípio de Bernoulli como um equilíbrio de energia em um sistema fechado . Os três termos são usados ​​para definir o estado de um sistema fechado de um fluido incompressível de densidade constante.

Quando a pressão dinâmica é dividida pelo produto da densidade do fluido e da aceleração da gravidade, g , o resultado é chamado de carga de velocidade , que é usada em equações de carga como a usada para carga de pressão e carga hidráulica . Em um medidor de fluxo venturi, a cabeça de pressão diferencial pode ser usada para calcular a cabeça de velocidade diferencial , que é equivalente na imagem adjacente. Uma alternativa para a cabeça de velocidade é a cabeça dinâmica .

Fluxo compressível

Muitos autores definem pressão dinâmica apenas para fluxos incompressíveis. (Para fluxos compressíveis, esses autores usam o conceito de pressão de impacto .) No entanto, a definição de pressão dinâmica pode ser estendida para incluir fluxos compressíveis.

Se o fluido em questão pode ser considerado um gás ideal (o que geralmente é o caso do ar), a pressão dinâmica pode ser expressa como uma função da pressão do fluido e do número de Mach .

Usando a definição da velocidade do som e do número de Mach :

  e  

e também , a pressão dinâmica pode ser reescrita como:

Onde:

pressão de gás (estática) (expressa em pascais , no sistema SI )
densidade de massa (em kg / m 3 ) é sempre o produto entre a densidade numérica e a massa molecular média do gás
Número de Mach (não dimensional),
proporção de calores específicos (não dimensionais; 1,4 para condições do ar ao nível do mar),
velocidade de fluxo em m / s,
velocidade do som em m / s

Veja também

Referências

  • LJ Clancy (1975), Aerodinâmica , Pitman Publishing Limited, Londres. ISBN  0-273-01120-0
  • Houghton, EL e Carpenter, PW (1993), Aerodinâmica para Estudantes de Engenharia , Butterworth e Heinemann, Oxford Reino Unido. ISBN  0-340-54847-9
  • Liepmann, Hans Wolfgang ; Roshko, Anatol (1993), Elements of Gas Dynamics , Courier Dover Publications, ISBN 0-486-41963-0

Notas

links externos