Co to jest przepływ powietrza i jakie są podstawowe pojęcia z nim związane

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-02-12 11:41

Rozważając powietrze jako kombinację dużej liczby cząsteczek, można je nazwać ośrodkiem ciągłym. W nim poszczególne cząstki mogą stykać się ze sobą. Ta reprezentacja pozwala znacznie uprościć metody badania powietrza. W aerodynamice istnieje coś takiego jak odwracalność ruchu, która jest szeroko stosowana w dziedzinie eksperymentów dla tuneli aerodynamicznych oraz w badaniach teoretycznych wykorzystujących pojęcie przepływu powietrza.

Ważna koncepcja aerodynamiki

Zgodnie z zasadą odwracalności ruchu, zamiast rozważać ruch ciała w ośrodku stacjonarnym, możemy rozpatrywać przebieg ośrodka w stosunku do ciała nieruchomego.

Prędkość niezakłóconego przepływu padającego w ruchu wstecznym jest równa prędkości samego ciała w nieruchomym powietrzu.

Dla ciała, które porusza się w nieruchomym powietrzu, siły aerodynamiczne będą takie same jak dla ciała nieruchomego(statyczny) korpus poddany przepływowi powietrza. Zasada ta działa pod warunkiem, że prędkość ciała w stosunku do powietrza jest taka sama.

Co to jest przepływ powietrza i jakie są jego podstawowe pojęcia

Istnieją różne metody badania ruchu cząstek gazu lub cieczy. W jednym z nich badane są usprawnienia. Dzięki tej metodzie ruch poszczególnych cząstek musi być uwzględniony w danym momencie w określonym punkcie przestrzeni. Ukierunkowany ruch cząstek, które poruszają się losowo, to przepływ powietrza (pojęcie szeroko stosowane w aerodynamice).

Ruch przepływu powietrza będzie uważany za stały, jeśli w dowolnym punkcie przestrzeni, którą zajmuje, gęstość, ciśnienie, kierunek i wielkość jego prędkości pozostaną niezmienione w czasie. Jeśli te parametry ulegną zmianie, ruch zostanie uznany za niestabilny.

Linia prądu jest zdefiniowana w następujący sposób: styczna w każdym jej punkcie pokrywa się z wektorem prędkości w tym samym punkcie. Całość takich strumieni tworzy elementarny odrzutowiec. Jest zamknięty w tubie. Każda pojedyncza strużka może być wyizolowana i przedstawiona jako przepływająca w oderwaniu od całkowitej masy powietrza.

Gdy strumień powietrza jest podzielony na strumienie, możesz wizualizować jego złożony przepływ w przestrzeni. Podstawowe prawa ruchu można zastosować do każdego pojedynczego strumienia. Chodzi o zachowanie masy i energii. Korzystając z równań dla tych praw, można przeprowadzić fizyczną analizę interakcji powietrza i ciała stałego.

Prędkość i rodzaj ruchu

Z uwagi na charakter przepływu, przepływ powietrza jest turbulentny i laminarny. Kiedy strumienie powietrza poruszają się w tym samym kierunku i są do siebie równoległe, jest to przepływ laminarny. Jeśli prędkość cząstek powietrza wzrasta, to oprócz translacyjnych zaczynają mieć inne szybko zmieniające się prędkości. Powstaje przepływ cząstek prostopadły do kierunku ruchu translacyjnego. To jest chaotyczny - burzliwy przepływ.

Wzór na pomiar przepływu powietrza obejmuje ciśnienie, które jest określane na wiele sposobów.

Prędkość przepływu nieściśliwego jest wyznaczana z zależności różnicy między ciśnieniem całkowitym a statycznym w zależności od gęstości masy powietrza (równanie Bernoulliego): v=√2(p ₀-p)/p

Ta formuła działa dla przepływów do 70 m/s.

Gęstość powietrza jest określana przez nomogram ciśnienia i temperatury.

Ciśnienie jest zwykle mierzone za pomocą manometru cieczowego.

Natężenie przepływu powietrza nie będzie stałe na całej długości rurociągu. Jeśli ciśnienie spada, a objętość powietrza wzrasta, to stale wzrasta, przyczyniając się do wzrostu prędkości cząstek materiału. Jeżeli prędkość przepływu jest większa niż 5 m/s, to w zaworach, łukach prostokątnych i kratkach urządzenia, przez które przepływa, może wystąpić dodatkowy hałas.

Wskaźnik energii

Wzór, według którego określana jest mocprzepływ powietrza (swobodny) jest następujący: N=0,5SrV³ (W). W tym wyrażeniu N to moc, r to gęstość powietrza, S to powierzchnia koła wiatrowego, na którą ma wpływ przepływ (m²), a V to prędkość wiatru (m/s).

Z wzoru wynika, że moc wyjściowa wzrasta proporcjonalnie do trzeciej potęgi natężenia przepływu powietrza. Tak więc, gdy prędkość wzrasta 2 razy, moc wzrasta 8 razy. Dlatego przy niskich natężeniach przepływu będzie niewielka ilość energii.

Cała energia z przepływu, który wytwarza na przykład wiatr, nie może zostać wydobyta. Faktem jest, że przejście przez koło wiatrowe między łopatami nie jest utrudnione.

Przepływ powietrza, jak każde poruszające się ciało, ma energię ruchu. Posiada pewną ilość energii kinetycznej, która podczas przekształcania zamienia się w energię mechaniczną.

Czynniki wpływające na wielkość przepływu powietrza

Maksymalna ilość powietrza, jaka może być, zależy od wielu czynników. Są to parametry samego urządzenia i otaczającej go przestrzeni. Na przykład, jeśli mówimy o klimatyzatorze, to maksymalny przepływ powietrza chłodzonego przez sprzęt w ciągu jednej minuty zależy w znacznym stopniu od wielkości pomieszczenia i parametrów technicznych urządzenia. Przy dużych powierzchniach wszystko jest inne. Aby mogły być schłodzone, potrzebne są bardziej intensywne przepływy powietrza.

W wentylatorach ważna jest średnica, prędkość obrotowa i rozmiar łopatek, prędkość obrotowa, materiał użyty do ich produkcji.

BW naturze obserwujemy takie zjawiska jak tornada, tajfuny i tornada. Są to wszystkie ruchy powietrza, o którym wiadomo, że zawiera cząsteczki azotu, tlenu, dwutlenku węgla, a także wodę, wodór i inne gazy. Są to również przepływy powietrza zgodne z prawami aerodynamiki. Na przykład, gdy tworzy się wir, słyszymy dźwięki silnika odrzutowego.