جریان هوا چیست و مفاهیم اساسی مرتبط با آن چیست

2024 نویسنده: Henry Conors | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-02-12 06:31

هنگامی که هوا را ترکیبی از تعداد زیادی مولکول در نظر می گیریم، می توان آن را یک محیط پیوسته نامید. در آن، ذرات منفرد می توانند با یکدیگر تماس پیدا کنند. این نمایش به طور قابل توجهی روش های مطالعه هوا را ساده می کند. در آیرودینامیک چیزی به نام برگشت پذیری حرکت وجود دارد که در زمینه آزمایشات تونل های باد و در مطالعات نظری با استفاده از مفهوم جریان هوا بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.

مفهوم مهم آیرودینامیک

طبق اصل برگشت پذیری حرکت، به جای در نظر گرفتن حرکت جسم در محیط ساکن، می توان سیر محیط را نسبت به جسم بی حرکت در نظر گرفت.

سرعت جریان بدون اغتشاش در حرکت معکوس برابر است با سرعت خود بدن در هوای ساکن.

برای جسمی که در هوای ساکن حرکت می کند، نیروهای آیرودینامیکی مانند جسم ساکن خواهد بود.بدن (ایستا) در معرض جریان هوا. این قانون به شرطی عمل می کند که سرعت بدن نسبت به هوا یکسان باشد.

جریان هوا چیست و مفاهیم اساسی آن چیست

روش های مختلفی برای مطالعه حرکت ذرات گاز یا مایع وجود دارد. در یکی از آنها، خطوط جریان بررسی شده است. با این روش، حرکت تک تک ذرات باید در یک نقطه معین از زمان در نقطه خاصی از فضا در نظر گرفته شود. حرکت هدایت شده ذراتی که به طور تصادفی حرکت می کنند یک جریان هوا است (مفهومی که به طور گسترده در آیرودینامیک استفاده می شود).

اگر در هر نقطه از فضایی که اشغال می کند، چگالی، فشار، جهت و بزرگی سرعت آن در طول زمان بدون تغییر باقی بماند، حرکت جریان هوا ثابت در نظر گرفته می شود. اگر این پارامترها تغییر کنند، حرکت ناپایدار در نظر گرفته می شود.

خط جریان به صورت زیر تعریف می شود: مماس در هر نقطه بر آن با بردار سرعت در همان نقطه منطبق است. مجموع این خطوط جریان یک جت ابتدایی را تشکیل می دهد. در یک لوله محصور شده است. هر قطره منفرد را می توان جدا کرد و به صورت مجزا از کل توده هوا در جریان قرار داد.

وقتی جریان هوا به جریان ها تقسیم می شود، می توانید جریان پیچیده آن را در فضا تجسم کنید. قوانین اساسی حرکت را می توان برای هر جت جداگانه اعمال کرد. در مورد بقای جرم و انرژی است. با استفاده از معادلات این قوانین، می توان یک تحلیل فیزیکی از فعل و انفعالات هوا و جسم جامد انجام داد.

سرعت و نوع حرکت

با توجه به ماهیت جریان، جریان هوا متلاطم و آرام است. هنگامی که جریان های هوا در یک جهت حرکت می کنند و موازی یکدیگر هستند، این یک جریان آرام است. اگر سرعت ذرات هوا افزایش یابد، آنها علاوه بر انتقالی، سرعت های دیگری نیز دارند که به سرعت در حال تغییر هستند. جریانی از ذرات عمود بر جهت حرکت انتقالی تشکیل می شود. این جریان آشفته و آشفته است.

فرمول اندازه گیری جریان هوا شامل فشار است که به طرق مختلف تعیین می شود.

سرعت یک جریان تراکم ناپذیر با استفاده از وابستگی تفاوت بین فشار کل و استاتیک در رابطه با چگالی جرم هوا (معادله برنولی) تعیین می شود: v=√2(p ₀-p)/p

این فرمول برای جریان‌های تا ۷۰ متر بر ثانیه کار می‌کند.

چگالی هوا با نوموگرام فشار و دما تعیین می شود.

فشار معمولاً با مانومتر مایع اندازه گیری می شود.

نرخ جریان هوا در طول خط لوله ثابت نخواهد بود. اگر فشار کاهش یابد و حجم هوا افزایش یابد، به طور مداوم افزایش می یابد و به افزایش سرعت ذرات ماده کمک می کند. اگر سرعت جریان بیشتر از 5 متر بر ثانیه باشد، ممکن است صدای اضافی در دریچه‌ها، خم‌های مستطیلی و توری‌های دستگاهی که از آن عبور می‌کند ایجاد شود.

نشانگر انرژی

فرمولی که با آن توان تعیین می شودجریان هوا (آزاد)، به شرح زیر است: N=0.5SrV³ (W). در این عبارت N توان، r چگالی هوا، S مساحت چرخ باد تحت تاثیر جریان (m²) و V سرعت باد (m/s) است.

از فرمول می توان دریافت که توان خروجی متناسب با توان سوم نرخ جریان هوا افزایش می یابد. بنابراین، هنگامی که سرعت 2 برابر افزایش می یابد، قدرت 8 برابر افزایش می یابد. بنابراین، در نرخ های جریان پایین، مقدار کمی انرژی وجود خواهد داشت.

تمام انرژی حاصل از جریانی که مثلاً باد ایجاد می کند، قابل استخراج نیست. واقعیت این است که عبور از چرخ باد بین پره ها بدون مانع است.

جریان هوا مانند هر جسم متحرکی دارای انرژی حرکت است. مقدار معینی انرژی جنبشی دارد که با تبدیل شدن به انرژی مکانیکی تبدیل می شود.

عوامل مؤثر بر حجم جریان هوا

حداکثر مقدار هوا که می تواند باشد به عوامل زیادی بستگی دارد. اینها پارامترهای خود دستگاه و فضای اطراف است. به عنوان مثال، اگر ما در مورد تهویه مطبوع صحبت می کنیم، حداکثر جریان هوای خنک شده توسط تجهیزات در یک دقیقه به طور قابل توجهی به اندازه اتاق و ویژگی های فنی دستگاه بستگی دارد. با مناطق بزرگ، همه چیز متفاوت است. برای خنک شدن آنها، جریان هوای شدیدتری مورد نیاز است.

در فن ها، قطر، سرعت چرخش و اندازه تیغه، سرعت چرخش، مواد استفاده شده در ساخت آن مهم است.

Bدر طبیعت، ما پدیده هایی مانند گردباد، طوفان و گردباد را مشاهده می کنیم. اینها همه حرکات هوا هستند که حاوی نیتروژن، اکسیژن، مولکول های دی اکسید کربن و همچنین آب، هیدروژن و سایر گازها هستند. اینها همچنین جریانهای هوایی هستند که از قوانین آیرودینامیک پیروی می کنند. به عنوان مثال، هنگامی که یک گرداب تشکیل می شود، صدای یک موتور جت را می شنویم.