Энергию движущегося или покоящегося газа оценивают его давлением. Величина давления газов в печах измеряется U-образными манометрами и выражается в Па (1 миллиметрах водяного столба =9,8 Па).
Потенциальную энергию неподвижного газа, находящегося в сосуде, относительно окружающего воздуха оценивают статическим давлением. Это давление называют также пьезометрическим (рис. 3.1.).
Динамическое или скоростное давление характеризует кинетическую энергию газового потока. Эту энергию вычисляют по формуле:
, где: (3.4.)
-Wt, м/с, и ρt, кг/м3 - действительная скорость и плотность газа;
-W0 , м/с и ρ0, кг/м3 - скорость и плотность газа, приведённые к 0 оС и 0,1013 МПа;
Скоростное давление измеряют дифференциальным манометром (рис. 3.1.). Торец одного конца U-образной трубки расположен параллельно направлению потока, поэтому на поверхность жидкости в нём действует только статическое давление. Торец второго конца трубки манометра расположен навстречу потоку газа, поэтому на жидкость в нём действуют одновременно статическое и скоростное давление.
Разность уровней воды в трубках составляет скоростное давление в масштабе: 1мм в.ст. = 9,8 Па.
Геометрическое давление обусловлено стремлением горячих газов подняться вверх в среде холодных газов. Для объёма газа простой цилиндрической формы эта величина может быть вычислена по расчётной схеме, показанной на рис. 3.2.
Пусть объём газа внутри сосуда заключён между двумя подвижными невесомыми перегородками на уровнях I-I и II-II. Плотность газа внутри сосуда ρг меньше плотности воздуха снаружи ρв.
Рис. 3.1. Измерение статического Рис. 3.2. Схема расчёта геометрического
и скоростного давления давления
При этом плотности газа и воздуха не меняются от уровня I-I до уровня II-II (для высоты слоя в пределах 80мм такое условие допустимо).
Давление воздуха на уровне II-II будет равно:
(3.5.)
Давление газа на этом уровне равно:
(3.6.)
Разность этих давлений и называется геометрическим давлением:
, Па (3. 7.)
Под действием этого давления газ, заключённый между перегородками, стремится подняться вверх. Если верхнюю перегородку закрепить, нижняя перегородка будет пониматься, сжимая газ, до тех пор, пока его плотность не сравняется с плотностью воздуха.
3.1.5. Взаимодействие геометрического, статического и динамического давлений
Пусть газ находится в сосуде плотно закрытом сверху и имеющем внизу на уровне II подвижную невесомую перегородку, предотвращающую смешивание газа с воздухом (рис. 3.3.,а). Как и в предыдущем случае, плотность газа внутри сосуда ρг меньше плотности воздуха снаружи ρв. В боковую стенку сосуда встроены три U- образные манометра.
Поскольку подвижная перегородка невесома, давления рвII и рнII, действующие на неё сверху и снизу, равны по величине и противоположны по направлению. Поэтому жидкость в трубках нижнего манометра будет находиться на одном уровне. Однако геометрическое давление на этом уровне определится формулой (3.7.). Манометр, расположенный на среднем уровне сосуда, покажет статическое давление, равное половине геометрического. Верху сосуда на уровне I статическое давление будет равно геометрическому, вычисленному для нижнего уровня.
Таким образом, внутри сосуда геометрическое давление переходит в статическое.
Рис. 3.3. Взаимодействие геометрического, статического и динамического давлений внутри сосуда.
Если шибер бокового патрубка открыть, то по нему начнётся движение газа в атмосферу (рис. 3.3.,б). Динамическое давление движущегося газа отобразится манометром, расположенным в патрубке.
В результате истечения газа статическое давление в сосуде на уровне I уменьшится.
Из рис. 3.3 видно, что геометрическое давление может переходить в статическое, а статическое в динамическое.
Если с помощью шибера частично перекрыть сечение патрубка, т.е. создать сопротивление движению газа, то скорость потока и динамическое давление газа уменьшатся. Это уменьшение динамического давления называется потерянным давлением. Оно, как будет показано в дальнейшем изложении, составляет бόльшую или меньшую часть динамического давления и может быть определена по справочным данным.
