靜壓頭

靜壓頭，亦稱為壓力壓頭，乃單位重量流體所具有的靜壓能。靜壓頭為pV除以流體的重量G。則得出pV/G=p/γ。p/γ在工程單位制中稱為靜壓頭或壓力壓頭，單位為m。採用SI時，式中的相對密度γ可用ρg代替(ρ為密度，kg/m3；g為重力加速度，9.81m/s2)，故靜壓頭亦可作p/ρg，單位亦為m。

基本介紹

• 中文名：靜壓頭
• 外文名：static head
• 別稱：壓力壓頭
• 公式：p/ρg
• 定義：單位重量流體所具有的靜壓能
• 學科：力學

基本介紹

相當於靜壓的流體柱高度。若以H_s表示靜壓頭（m），P_s表示靜壓（Pa），ρ表示流體密度（kg/m³），g表示重力加速度（m/s²），則它們的相互關係可表示為：

流體的相對靜壓（表壓）是流體絕對壓力超出環境氣壓的部分。顯然，這是流體具有的一種勢能。表壓越高，該流體具有對外作功的機械能（如推動活塞、克服流動的各種阻力的本領）也越大。表壓為零時，該流體即不具備對外作功的能力。表壓為負時，環境流體可對本系統作功，同樣體現出具備一種勢能。分析一下靜壓單位：1Pa=1N/㎡=1（N·m）/（㎡·m）=1J/m³。

可見，1Pa靜壓相當於該流體每立方米中具有1J的機械能。所以在流體力學中又將流體的表壓稱為靜壓頭，即單位體積流體所具有的靜壓能。這是流體力學中常用到的一個名詞和基本概念。

相關概念

流體在機械壓力、摩擦力（統稱表面力）或重力、離心力、慣性力（統稱體積力）的作用下，內部各部分之間也將產生相應的相互作用的力，稱為內力。單位截面上的內力大小稱應力。

當流體靜止時，所有切應力均為零，只受到與作用面垂直的法向應力。也就是指向表面的壓力，稱為靜壓力。單位表面所受靜壓力稱為壓強。

（1）靜壓力總是垂直作用於容器壁、不論壁的形狀與方向怎樣；

（2）靜止流體中靜壓力與其作用面再空間的方位無關，只是空間坐標的函式，即任意點處靜壓力在各方向上均相等。

從分子運動論的角度，流體的靜壓可通過分子熱運動強度與單位體積內分子數目表示如下：

式中，m為流體分子質量；n₀為單位體積內分子數目；u為流體分子的均方根速度。

當n₀增大，流體靜壓也相應地變大。

靜壓頭推導

有一汽缸，內貯相對靜壓為h_靜的氣體（圖1）。活塞保持平衡時，其所受外壓也等於h_靜。現由外界緩慢地向缸內注入體積為V、壓力與缸內相同的氣體，要使注入過程不發生能量損失、並要求缸內的溫度與壓力保持恆定，則活塞必然向外作等溫等壓膨脹，擴張的體積應剛好與外加入的體積相等。設活塞截面積為A，則向外推移距離為L=V/A。活塞克服外力所作功為W=h_靜×A×L（J）。

圖1

因膨脹後汽缸內氣體的溫度、壓力保持不變，即缸內氣體的能量沒有變化，對外膨脹所作功必定與V體積氣體注入時所作功相等。反過來也是如此，即：若不是注入而是引出同樣多的氣體，活塞緩慢向內移動距離L，即外界向汽缸內氣體作功為h_靜×A×L，同樣因缸內氣體的能量不變，這部分功即為引出V體積氣體所作功。可見，不論是注入或引出，對單位體積氣體所作功都相等，即（注入或引出單位體積氣體所需的功）=W/V=h_靜×A×L/V=h_靜×V/V=h_靜。

也就是說，單位體積氣體的注入功與引出功都等於該氣體的靜壓頭。從這意義上看，靜壓頭也就是該氣體單位體積相對於周圍氣體所具有的靜壓能，其單位是Pa。與相對壓力的單位完全一致。可見，對靜壓頭既可理解為“相對壓力”或“表壓”，也可理解為單位體積氣體相對於周圍氣體所具有的“靜壓能”。