Давление газов

Как известно, давление есть сила, действующая на еди­ницу площади. Различают давление абсолютное и избы­точное. Избыточное давление представляет собой разницу между давлением в какой-либо емкости и в окружающей атмосфере. Если давление емкости меньше атмосферного (отрицательное избыточное давление), то его называют разрежением.

В металлургической теплотехнике пользуются избыточ­ным (над атмосферным) давлением. Различают три основ­ных вида: геометрическое, статическое, динамическое дав­ление.

Геометрическое давление обусловлено стремлением го­рячих газов подняться вверх. Если в результате разности плотностей окружающего воздуха и газа последний пере­местится на высоту Н, то геометрическое давление

h _г = gH (r _в — r _г), (6)

где g — ускорение силы тяжести, м/с²; r _в и r _г — плотность соответственно воздуха и газа, кг/м³; H — расстояние (вы­сота), на которое переместился газ, м.

Статическое давление (h _ст) — есть разность давлений заключенного в сосуде газа и окружающей среды. Оно мо­жет быть как положительным, так и отрицательным. Его величина определяется непосредственно из опыта с по­мощью U-образного манометра (пьезометра). Манометр надо устанавливать так, чтобы один конец его сообщался с атмосферой, а выходное отверстие другого конца было расположено перпендикулярно направлению потока газа (рис. 4).

Динамическое давление наблюдается при движении га­за. Оно равно

h _дин = rw ²/2 (7)

Динамическое давление также может быть определено непосредственно из опыта (рис. 5). Для этого один конец манометра подсоединяют перпендикулярно, а другой — навстречу направлению потока. Сумма статического и динамического давлений составляет полное давление h = h _ст + h _дин, которое и воспринимается трубкой, помещен­ной навстречу потоку. Но поскольку

h _дин = h _S – h _ст, (8)

постольку манометр в этом случае позволяет измерить ди­намическое давление.

Статическое давление характеризует тот запас потен­циальной энергии, которым располагает 1 м³ газовой си­стемы. Динамическое давление — есть кинетическая энер­гия потока. В процессе движения газа на преодоление все­возможных сопротивлений затрачивается часть кине­тической энергии, убыль которой восстанавливается за счет запаса потенциальной энергии. Эти процессы проте­кают одновременно, в результате чего приборами фиксиру­ется лишь конечный результат, т. е. изменение энергии га­за (изменение статического давления).