Параметры состояния неподвижного газа, как известно, включают в себя давление p, температуру T и плотность r. Эти параметры называют истинными или термодинамическими. Иначе их называют статическими параметрами. Если газ движется, то перед неподвижно установленными приборами, например трубкой манометра или термометром он тормозится (рисунок 2.1). При торможении происходит сжатие газа, в результате чего местные значения параметров его состояния изменяются (увеличиваются) по сравнению с их значениями в набегающем потоке. Такие параметры называют параметрами торможения или полными параметрами. Для того, чтобы отличить параметры торможения от статических при записи параметров они помечаются верхним индексом в идее звездочки «*». В то время как истинные параметры никаких дополнительных обозначений не имеют.
Рисунок 2.1 – Измерение давления и температуры
Объяснить повышение параметров достаточно легко. Дело в том, что при торможении потока вблизи чувствительного элемента измерительного прибора его кинетическая энергия стремиться к нулю и переходит во внутреннюю энергию и потенциальную энергию сил давления. Из-за этого давление и температура потока в месте торможения будут расти.
Соотношения для вычисления полных параметров могут быть получены из уравнения энергии с допущением о том, что процесс торможения энергоизолирован. Величина полной температуры связана со статической следующим выражением:
| 2.1.1 |
где - статическая температура, К;
с – скорость потока, м/с;
– изобарная теплоемкость рабочего тела, .
Значение полного давления (если предположить, что r=const) находится по следующему соотношению:
| 2.1.2 |
где – статическое давление, Па;
- плотность рабочего тела, кг/м3.
С первого взгляда может показаться, что полные параметры представляют собой просто некачественные измерения параметров потока. Однако в реальности имеют большое практическое значение, поскольку характеризуют не только параметры состояния, но и энергетику потока.
А как же измерить истинные значения параметров потока? Для этого измерительные устройства следовало бы перемещать вдоль течения со скоростью газа так, чтобы относительно потока они оказались неподвижными. Однако понятно, что на практике такой подход неосуществим.
Практически для измерения давления в потоке применяют отверстие, просверленное строго перпендикулярно потоку в стенке канала вдоль которого течет газ. Поскольку статическое давление передается без изменений через пограничный слой, то через отверстие замеряется точно такое же термодинамическое давление, как и в набегающем потоке. Такой метод измерения применим только в том случае если по сечению трубы давление постоянно. Это наблюдается в прямолинейных трубах при движении потока без вращения, т.е линии тока прямые. Если же канал образует поворот или поток движется по винтовой линии, то давление в поперечном сечении распределено неодинаково и его нужно замерять в разных точках по сечению. Для этой цели применяют трубку статического давления, которую помещают в любое место потока. В этой трубке отверстие, через которое измеряется статическое давление, расположено строго перпендикулярно боковой поверхности трубки.
Рисунок 2.2 – Насадок для измерения статического давления