الضغط الديناميكي

في ديناميكا الموائع ، فإن الضغط الديناميكي (يرمز له بـ q أو Q ويسمى أحيانًا ضغط السرعة ) هو الكمية المحددة بواسطة: ^{[ 1 ]}

${\displaystyle q={\frac {1}{2}}\rho \,u^{2}}$

حيث ( بوحدات النظام الدولي للوحدات):

• يمثل q الضغط الديناميكي بوحدة الباسكال (أي نيوتن / متر مربع ⁾ .
• ρ (الحرف اليوناني رو) هي كثافة كتلة السائل (مثلاً بالكيلوغرام/متر ^مكعب )، و
• u هي سرعة التدفق بوحدة متر/ثانية.

يمكن اعتبارها بمثابة الطاقة الحركية للسائل لكل وحدة حجم .

في حالة التدفق غير القابل للانضغاط ، يكون الضغط الديناميكي للسائل هو الفرق بين ضغطه الكلي وضغطه الساكن . وبحسب قانون برنولي ، يُعطى الضغط الديناميكي بالعلاقة التالية:

${\displaystyle p_{0}-p_{\text{s}}={\frac {1}{2}}\rho \,u^{2}}$

حيث يمثل p ₀ و p _s الضغط الكلي والضغط الساكن على التوالي.

الضغط الديناميكي هو الطاقة الحركية لكل وحدة حجم من المائع. وهو أحد حدود معادلة برنولي ، التي يمكن اشتقاقها من قانون حفظ الطاقة للمائع المتحرك. ^{[ 1 ]}

عند نقطة الركود، يكون الضغط الديناميكي مساوياً للفرق بين ضغط الركود والضغط الساكن ، لذا يمكن قياس الضغط الديناميكي في مجال التدفق عند نقطة الركود. ^{[ 1 ]}

ومن الجوانب المهمة الأخرى للضغط الديناميكي، كما يُظهر التحليل البُعدي ، الإجهاد الديناميكي الهوائي (أي الإجهاد داخل هيكل يخضع لقوى ديناميكية هوائية) الذي تتعرض له طائرة تسير بسرعة${\displaystyle v}$يتناسب مع كثافة الهواء ومربعها${\displaystyle v}$أي متناسب مع${\displaystyle q}$لذلك، من خلال النظر إلى تباين${\displaystyle q}$أثناء الطيران، يمكن تحديد كيفية تغير الإجهاد، وخاصةً متى سيبلغ أقصى قيمة له. تُعرف نقطة أقصى حمل ديناميكي هوائي عادةً باسم max q ، وهي معلمة حاسمة في العديد من التطبيقات، مثل مركبات الإطلاق.

يمكن أن يظهر الضغط الديناميكي أيضًا كحد في معادلة نافيير-ستوكس غير القابلة للانضغاط والتي يمكن كتابتها على النحو التالي:

${\displaystyle \rho {\frac {\partial \mathbf {u} }{\partial t}}+\rho (\mathbf {u} \cdot \nabla )\mathbf {u} -\rho \nu \,\nabla ^{2}\mathbf {u} =-\nabla p+\rho \mathbf {g} }$

باستخدام متطابقة حساب المتجهات (${\displaystyle u=|\mathbf {u} |}$)

${\displaystyle \nabla (u^{2}/2)=(\mathbf {u} \cdot \nabla )\mathbf {u} +\mathbf {u} \times (\nabla \times \mathbf {u} )}$

بحيث يكون ذلك بالنسبة للتدفق غير القابل للانضغاط وغير الدوراني (${\displaystyle \nabla \times \mathbf {u} =0}$في معادلة نافيير-ستوكس، يمثل الحد الثاني على اليسار تدرج الضغط الديناميكي. أما في علم الهيدروليكا ، فيُعرف هذا الحد بـ${\displaystyle u^{2}/2g}$يُعرف باسم رأس السرعة الهيدروليكية (h _v ) بحيث يكون الضغط الديناميكي مساوياً لـ${\displaystyle \rho gh_{v}}$.

يُستخدم الضغط الديناميكي، إلى جانب الضغط الساكن والضغط الناتج عن الارتفاع، في مبدأ برنولي كمعادلة لتوازن الطاقة في نظام مغلق . وتُستخدم هذه المصطلحات الثلاثة لتحديد حالة نظام مغلق لسائل غير قابل للانضغاط وثابت الكثافة.

عند قسمة الضغط الديناميكي على حاصل ضرب كثافة المائع وتسارع الجاذبية الأرضية (g )، تُسمى النتيجة بضغط السرعة ، والذي يُستخدم في معادلات الضغط مثل معادلة ضغط المائع وضغط التدفق الهيدروليكي . في مقياس تدفق فنتوري، يُمكن استخدام فرق ضغط المائع لحساب فرق ضغط السرعة ، وهما متكافئان في الشكل المجاور. ويُعدّ الضغط الديناميكي بديلاً لضغط السرعة .

يُعرّف العديد من المؤلفين الضغط الديناميكي فقط للتدفقات غير القابلة للانضغاط. (أما بالنسبة للتدفقات القابلة للانضغاط، فيستخدم هؤلاء المؤلفون مفهوم ضغط الصدم ). ومع ذلك، يمكن توسيع تعريف الضغط الديناميكي ليشمل التدفقات القابلة للانضغاط. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

بالنسبة للتدفق القابل للانضغاط، يمكن استخدام العلاقات المتساوية الإنتروبيا (وهي صالحة أيضًا للتدفق غير القابل للانضغاط):

${\displaystyle q=p_{s}\left(1+{\frac {\gamma -1}{2}}M^{2}\right)^{\frac {\gamma }{\gamma -1}}-p_{s}}$

أين:

${\displaystyle q\;}$	الضغط الديناميكي،
${\displaystyle p_{s}\;}$	الضغط الساكن
${\displaystyle M\;}$	رقم ماخ (بدون أبعاد)،
${\displaystyle \gamma \;}$	نسبة الحرارة النوعية (بدون أبعاد؛ 1.4 للهواء في ظروف مستوى سطح البحر)،

• ضغط
• رأسها
• رأس هيدروليكي
• إجمالي الضغط الديناميكي
• معاملات السحب والرفع وعزم الدوران
• اشتقاقات معادلة برنولي

• إل جيه كلانسي (1975)، الديناميكا الهوائية ، دار بيتمان للنشر المحدودة، لندن. رقم ISBN 0-273-01120-0
• هوتون، إي إل وكاربنتر، بي دبليو (1993)، الديناميكا الهوائية لطلاب الهندسة ، باتروورث وهينمان، أكسفورد، المملكة المتحدة. ISBN 0-340-54847-9
• ليبمان، هانز وولفغانغ ؛ روشكو، أناتول (1993)، عناصر ديناميكا الغازات ، منشورات كوريير دوفر، رقم ISBN 0-486-41963-0

• تعريف الضغط الديناميكي في عالم العلوم لإريك وايسشتاين