静压与动压（与总压相比）：暖通空调和皮托管

静压、动压和总压是同一个标量的三种表现形式——但它们出现在皮托管的不同端口，驱动不同的过程仪表，并且常常让暖通空调和流体力学领域的新手工程师感到困惑，因为教科书上的描述掩盖了实际应用中的对应关系。本页首先提供一个三者对比表，然后详细讲解公式、皮托管的结构、暖通空调管道横断面示例以及压力表的实际读数。

静压、动压和总压：对比表

无需任何公式，即可快速找到答案。使用此表确定哪个端口、传感器和公式与您当前面临的工程问题相匹配。

数量	图形符号	它衡量什么	典型传感器/端口	它出现在哪里
静压力	ps	静止流体对管道或风管壁施加的垂直于流体方向的压力	墙壁接头、压力表变送器、压力计静压腿	过程压力表、暖通空调管道读数、储罐压力
动压	q 或 pd	运动流体的动能密度，½ρv²	皮托管——冲击端口和静压端口的区别	流量计（DP型）、飞机空速、风扇曲线
总压力	p0 或者pt	静态能量 + 动态能量，即流体等熵静止时的能量。	前向冲击端口（皮托管）	空气动力学、压缩机入口、涡轮级

定义恒等式（不可压缩、低马赫数）：p₀ ₌ pₛ + ½ρv²。已知其中任意两个，即可求得第三个。皮托管式平均探头测量同一物体的 p₀_和pₛ _，并将差值（动态头）输出至差压发射器。

内容

• 对比表（上图）
• 静压：管道和储罐壁上静止时所受的力。
• 动压：动能及其公式
• 总压力和伯努利方程
• 皮托管解剖结构
• 暖通空调风机和风管中的静压
• 压力表实际测量的是什么
• 通过皮托管测量暖通空调风管风速
• 工程师们仍然会犯的三个错误观念
• 常见问题解答
• 特色压力和流量仪表

静压：管道和罐壁上静止时所受的力

静压是指流体垂直作用于不随流体运动的表面（例如管道壁、风管壁或壁挂式压力表的隔膜）上的压力。无论流体是运动还是静止，静压都存在。对于受重力作用的静止流体，静压 p _s = ρgh；对于封闭的压力容器，静压则取决于调节器的设定值。

过程压力表、变送器和大多数安全装置默认读取的是静压。由于端口侧向朝向流体，因此动能对信号没有影响。皮托管上的静压端口（即探头侧面的小孔）在流动流体中也发挥着同样的作用。

• 单位：Pa、kPa、bar、psi、“in WC”（暖通空调中的英寸水柱）、mm Hg（真空和医疗）。
• 传感器：表压变送器、绝对压力变送器或差压变送器的静态侧。
• 工艺示例：罐顶压力、泵吸入/排出静压、蒸馏塔压力、暖通空调管道静压。

动压：动能及其公式

动压是指流体运动的动能以压力的形式表现出来。对于低马赫数下的不可压缩流体：

q = ½ ρ v²

• ρ = 流体密度（kg/m³）
• v = 局部流体速度（米/秒）
• q = 动压 (Pa)

流体静止时，动压为零，并随速度的平方 (v²) 增大。速度加倍，动压变为原来的四倍——这就是为什么孔板式、文丘里式和皮托管式差压流量计本质上是平方根型流量计，而非线性流量计。驱动回路的 4–20 mA 输出信号必须在变送器或 DCS 中进行线性化处理；具体计算方法请参见我们的线性到平方根转换器工具。

对于密度为 1.20 kg/m³、流速为 10 m/s 的空气，在管道中的动压 q = 0.5 × 1.20 × 100 = 60 Pa。对于密度为 1000 kg/m³、流速为 2 m/s 的水，在管道中的动压 q = 2000 Pa = 2 kPa。气体和液体动压相差 800 倍，这解释了为什么空气流速皮托管需要非常灵敏的差压传感器，而水流速皮托管可以使用标准量程的变送器。

总压力和伯努利方程

总压强是指某一点的静压强和动压强之和。它也是指在等熵条件下（无摩擦、无热交换）将流体减速至零速度时所测得的压力。伯努利方程表明，在稳定、不可压缩、无摩擦的流动中，沿流线方向的总压强守恒：

p _s + ½ρv² + ρgz = 常数

ρgz 项代表高程水头；在水平管道或暖通空调风管中，该项会被忽略，方程简化为 p₀ ₌ pₛ _{+ q。在实际管道中，摩擦和湍流会导致总压沿流动方向降低——这种降低就是管道的摩擦水头，也就是水泵和风机实际需要提供的水头。管道静压与最终流量之间的关系在我们的}流量和压力参考资料中有详细介绍。

对于马赫数大于 0.3 的可压缩流动，简单的公式会低估总压。空气动力学家使用等熵关系式 p₀ _/ pₛ ₌ (1 + (γ⁻¹)/2 × M²) ^γ/(γ⁻¹)。对于大多数暖通空调和工艺应用，马赫数远小于 0.1，因此使用不可压缩形式即可。

皮托管结构：哪个端口读取哪个数据

皮托管由两个管子组成，封装在一个主体内。朝前的冲击端口使流体在其尖端停滞，并读取总压 p₀ _。侧面的平齐孔（通常为 4 到 8 个）读取壁面静压 pₛ _。连接两个端口的差压变送器直接输出动态压头 q。根据 q，可以通过公式 v = √(2q/ρ) 反算出速度。

对准误差会迅速降低精度。单端口皮托管±5°的偏航角会导致速度误差约为1%；±15°的偏航角则接近8-10%。平均式皮托管（Verabar、Annubar、V型锥等）在弦长上设置多个冲击端口，以降低对准敏感性和非均匀速度分布的影响。有关直管规则，请参阅我们的流量计直管要求说明；有关基于收缩段的V型锥流量计，请参阅我们的V型锥流量计页面。

暖通空调风机和风管中的静压

在暖通空调系统中，“静压”几乎总是指风管壁上的静压，设计目标是风机克服系统阻力所需提供的压力。典型值：

• 家用炉/空调：0.5 英寸水柱 (125 帕) 是一个常见的额定外部静压。
• 轻型商用 RTU：0.8–1.5 英寸水柱（200–375 帕）。
• 风机的 VAV 系统：2–4 英寸水柱（500–1000 帕）。
• 高压静压箱或除尘：6–10 英寸水柱（1.5–2.5 千帕）。

风机曲线上的“总”外部静压是指送风侧静压加上回风侧静压，两者均测量至风管壁——并非速度压力。速度压力（风机出口的动态压头）是单独的，风机总压升是两者之和。混淆这两者是暖通空调调试中最常见的错误。关于冷冻水侧的能耗计算，请参阅我们关于冷冻水BTU计量表的说明，了解流量和温差（ΔT）是如何结合计算的。

压力表实际测量的是什么

安装在墙上测压口的标准过程压力表、压力变送器或绝对压力变送器读取的是静压。由于流体从侧端口垂直流过隔膜，因此动压分量不会投射到传感面上。

要读取动态压力或总压力，需要一个专门朝向流体方向的探头：

• 仅通过冲击端口（朝前的管子）即可读取总压力。
• 静态墙压表测量的是静压。
• 冲击端口和静态端口之间的 DP 直接读取动态压力。
• A 差压流量计算 孔口、文丘里管或 V 形锥的物理原理相同——伯努利原理应用于面积收缩。

利用皮托管测量暖通空调风道风速

圆形风管，内径 400 mm，送风温度为 25 °C。皮托管测量结果显示，在标准对数切比雪夫点上，平均动压为 38 Pa。求风速和体积流量。

1. 25°C 时的空气密度 ≈ 1.184 kg/m³。
2. v = √(2q/ρ) = √(2 × 38 / 1.184) = √(64.2) = 8.01 m/s。
3. 横截面 A = π(0.4/2)² = 0.1257 m²。
4. Q = v × A = 8.01 × 0.1257 = 1.007 m³/s = 3623 m³/h = 2133 CFM。

如果空气温度高于或低于 25 °C，则在计算 v 之前修正 ρ。在 80 °C 左右的送风温度下，密度会降低约 12%，这会导致在相同的测量动态压头下速度提高约 6%——虽然很小，但对于 VAV 设定点来说足以产生影响。

工程师们仍然会犯的三个错误观念

1. “动态压力是指流体运动时压力表读数所显示的压力。” 不——壁挂式压力表读取的是静压，无论流体是否流动。动态压力表只有在使用前向冲击探头时才会显示压力值。
2. “总压力等于静压加上泵压。” 不——总压强是指某一点的单位体积能量，而不是泵曲线的量。泵曲线描述的是压升（Δp）。₀它位于吸入和排出之间。
3. “速度越高，静压越大。” 恰恰相反。根据伯努利原理，当速度 v 升高时（例如在孔板喉部或文丘里管颈部），静压会下降，从而使总压保持不变。差压流量计测量的正是这种静压的下降。

常见问题解答

静压和动压有什么区别？

静压是指流体作用于不随流体运动的表面上的力。动压是流体运动产生的动能，½ρv²。两者相加得到总压强：p₀ ₌ pₛ ₊ ½ρv²。

风扇的静压和动压有什么区别？

风机静压是指风机为克服系统阻力将空气吹过风管而必须提供的壁面参考压力。风机动压（也称速度压力）是指风机出口处的动压，即½ρv²，以出口速度计算得出。风机总压升是两者之和，也是风机曲线所绘制的与流量的关系图。

压力表测量的是静压还是动压？

标准的壁挂式过程压力表和变送器读取的是静压。要读取动压，需要一个皮托管，通过差压变送器连接到冲击端口和静压端口。如果仅要读取总压，则需要一个朝前的冲击端口，而无需连接相应的静压端口。

总压力有什么用途？

总压广泛应用于空气动力学（通过皮托管测量空速）、涡轮机械（压缩机和涡轮机的进出口状态）以及伯努利能量平衡的计算中。在不可压缩的暖通空调和水系统中，总压等于静压加动压，并且是无摩擦流线上两点之间的守恒量。

为什么流量计需要动压？

差压式流量计（孔板式、文丘里式、V形锥式、皮托管、平均皮托管）通过面积变化或驻点产生的动态压头来推断流速。Q = K √(ΔP/ρ)，因此流量计本质上是平方根式的，对于可压缩流体需要精确的密度校正。

特色压力和流量仪表

需要适合您工艺流程的压力管或皮托管吗？

无论您需要静态压力变送器、皮托管或孔板的差压传感器，还是碳钢或 316L 材质的平均皮托管，只需将管线尺寸、流体和设计流速发送给我们的工程师，我们就会同时提供量程、精度等级和工艺连接方面的报价。

如果压力变送器读数错误，则表示回路侧出现问题，请参阅压力变送器故障排除清单——万用表回路测试加上 5 个故障决策树。

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