Wie verhalten sich statischer und dynamischer Druck?

Wenn sich Fluide in Ruhelage befinden, d. h., wenn keine Strömung stattfindet, wirkt in ihnen nur der statische Druck (p_stat) und zwar gleichmäßig in alle Richtungen.

Sobald das Medium strömt, z. B. in Rohrleitungen, gestalten sich die Verhältnisse etwas komplizierter. Die Bewegungsenergie vergrößert die Kraftwirkung in Fließrichtung. Trifft diese Kraft auf einen Körper, der sich in der Strömung befindet, wirkt ein Druck auf dessen Oberfläche: Man spricht vom dynamischen Druck (p_dyn), auch Staudruck genannt. Dieser errechnet sich aus Dichte ρ und Geschwindigkeit v des Mediums:

Für welche Anwendungen sind statischer & dynamischer Druck relevant?

Für die meisten Druckmessungen ist der statische Druck relevant. Eine Ausnahme bilden Messungen der Strömungs­geschwindigkeit, welche über den Staudruck berechnet wird. Anwendungs­beispiele sind Geschwindigkeit­smessungen bei Flugzeugen oder die Erfassung der Wind­geschwindigkeit an Windkraftanlagen. In beiden Fällen kommt das Prandtl’sche Staurohr zum Einsatz, bei dem der statische Druck dem Gesamtdruck entgegenwirkt, wodurch der reine Staudruck zur Anzeige gebracht wird.

Was besagt das Bernoulli-Gesetz?

Um bei der Definition des Gesamtdrucks zu bleiben, ist es wichtig, das grundlegende Gesetz der Hydrodynamik zu erwähnen, nämlich das Bernoulli-Gesetz. Dieses geht zu Recht davon aus, dass die Summe aus statischem und dynamischem Druck entlang einer beliebigen Strömungslinie konstant ist.

Der Stab p + ρ_gh ist für den statischen Druck und der Stab (ρ × v²)/2 für den dynamischen Druck verantwortlich. Da die Summe der beiden Drücke einen konstanten, unveränderlichen Wert hat, kann man davon ausgehen, dass der p_stat-Druck abnimmt, wenn die Geschwindigkeit der Flüssigkeit zunimmt. Mit Hilfe des oben genannten Gesetzes kann man z. B. die Geschwindigkeit der Flüssigkeit, die aus der Öffnung am Boden eines Tanks austritt, anhand der Höhe der Flüssigkeitssäule im Tank berechnen.

Beispiele für die Anwendung

Der statische Druck in einer Zentralheizungsanlage ist ein äußerst wichtiger Baustein für den korrekten Betrieb der Anlage. So sollte der statische Druck niedriger als der Öffnungsdruck des Sicherheitsventils und gleichzeitig höher als der Wassersäulendruck sein. Die Kenntnis des Wassersäulendrucks ist unabdingbar, um Anlagenfehler und eine Reduzierung der Heizleistung zu vermeiden.