Что такое динамическое давление?
Динамическое давление (его принято обозначать буквой q) — это кинетическая энергия движущейся среды в расчёте на единицу объёма. По сути, это та прибавка давления, которая возникает при полном торможении потока. Понятие лежит в основе аэродинамики, гидродинамики и расчётов систем вентиляции и кондиционирования (HVAC). Расчётная формула выглядит так: $$q = \frac{1}{2} \cdot \rho \cdot v^{2}$$ где \(\rho\) — плотность среды, а \(v\) — скорость потока.
Как пользоваться калькулятором
Введите плотность среды в килограммах на кубический метр и скорость потока в метрах в секунду — и сразу получите динамическое давление в паскалях (а также в килопаскалях). Для воздуха на уровне моря при температуре 15 °C плотность составляет около 1,225 кг/м³. Для пресной воды берите примерно 1000 кг/м³. Следите, чтобы оба значения были в согласованных единицах СИ — тогда результат корректно получится в паскалях.
Разбор формулы
Поскольку кинетическая энергия зависит от квадрата скорости, динамическое давление растёт очень быстро: удвоение скорости увеличивает \(q\) в четыре раза. Множитель \(\frac{1}{2}\) берётся напрямую из выражения для кинетической энергии \(\frac{1}{2}mv^{2}\), записанного на единицу объёма (масса, делённая на объём, и есть плотность). Динамическое давление — это не то же самое, что статическое: в уравнении Бернулли они складываются в полное давление (давление торможения).
Пример расчёта
Самолёт летит со скоростью 50 м/с в воздухе плотностью 1,225 кг/м³. Тогда $$q = \frac{1}{2} \times 1{,}225 \times 50^{2} = 0{,}5 \times 1{,}225 \times 2500 = 1531{,}25 \text{ Па}$$ то есть около 1,53 кПа. Именно эту величину аэродинамик умножает на площадь и соответствующий коэффициент, чтобы оценить подъёмную силу или лобовое сопротивление.
Частые вопросы
В каких единицах ведётся расчёт? В единицах СИ: плотность — в кг/м³, скорость — в м/с, а получаемое давление — в паскалях (Па).
Динамическое давление — это то же самое, что статическое? Нет. Статическое давление — это давление окружающей среды; динамическое давление — это дополнительное давление, обусловленное движением среды. Их сумма даёт полное давление, или давление торможения.
Какую плотность брать для воздуха? Стандартный воздух на уровне моря имеет плотность около 1,225 кг/м³, но с высотой она уменьшается, а на холоде возрастает, поэтому корректируйте значение под конкретные условия.
