Čo je prúdenie vzduchu a aké sú s ním spojené základné pojmy

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-02-12 12:17

Keď uvažujeme o vzduchu ako o kombinácii veľkého počtu molekúl, môžeme ho nazvať spojitým prostredím. V ňom môžu jednotlivé častice prísť do vzájomného kontaktu. Toto znázornenie umožňuje výrazne zjednodušiť metódy štúdia vzduchu. V aerodynamike existuje niečo ako reverzibilita pohybu, ktorá je široko používaná v oblasti experimentov pre aerodynamické tunely a v teoretických štúdiách využívajúcich koncept prúdenia vzduchu.

Dôležitý koncept aerodynamiky

Podľa princípu reverzibility pohybu namiesto uvažovania pohybu telesa v stacionárnom prostredí môžeme uvažovať o priebehu prostredia vo vzťahu k nehybnému telesu.

Rýchlosť dopadajúceho nerušeného prúdenia pri spätnom pohybe sa rovná rýchlosti samotného tela v nehybnom vzduchu.

Pre teleso, ktoré sa pohybuje v pokojnom vzduchu, budú aerodynamické sily rovnaké ako pre teleso stacionárne(statické) teleso vystavené prúdeniu vzduchu. Toto pravidlo funguje za predpokladu, že rýchlosť tela vo vzťahu k vzduchu je rovnaká.

Čo je prúdenie vzduchu a aké sú jeho základné pojmy

Na štúdium pohybu častíc plynu alebo kvapalín existujú rôzne metódy. V jednom z nich sa skúmajú prúdnice. Pri tejto metóde treba uvažovať pohyb jednotlivých častíc v danom časovom bode v určitom bode priestoru. Riadený pohyb častíc, ktoré sa pohybujú náhodne, je prúdenie vzduchu (koncept široko používaný v aerodynamike).

Pohyb prúdu vzduchu sa bude považovať za stabilný, ak v ktoromkoľvek bode priestoru, ktorý zaberá, hustota, tlak, smer a veľkosť jeho rýchlosti zostanú v priebehu času nezmenené. Ak sa tieto parametre zmenia, pohyb sa považuje za nestabilný.

Priamka je definovaná nasledovne: dotyčnica v každom bode k nej sa zhoduje s vektorom rýchlosti v tom istom bode. Súhrn takýchto prúdnic tvorí elementárny prúd. Je uzavretý v tube. Každý jednotlivý pramienok môže byť izolovaný a prezentovaný ako prúdiaci izolovane od celkovej hmotnosti vzduchu.

Keď je prúd vzduchu rozdelený na prúdy, môžete si predstaviť jeho komplexné prúdenie v priestore. Základné zákony pohybu možno aplikovať na každý jednotlivý prúd. Ide o zachovanie hmoty a energie. Pomocou rovníc pre tieto zákony je možné vykonať fyzikálnu analýzu interakcií vzduchu a pevného telesa.

Rýchlosť a typ pohybu

Pokiaľ ide o charakter prúdenia, prúdenie vzduchu je turbulentné a laminárne. Keď sa prúdy vzduchu pohybujú rovnakým smerom a sú navzájom rovnobežné, ide o laminárne prúdenie. Ak sa rýchlosť častíc vzduchu zvýši, potom začnú mať okrem translačnej aj iné rýchlo sa meniace rýchlosti. Vytvára sa prúd častíc kolmý na smer translačného pohybu. Toto je chaotické – turbulentné prúdenie.

Vzorec na meranie prietoku vzduchu zahŕňa tlak, ktorý sa určuje mnohými spôsobmi.

Rýchlosť nestlačiteľného prúdu sa určuje pomocou závislosti rozdielu medzi celkovým a statickým tlakom vo vzťahu k hustote vzdušnej hmoty (Bernoulliho rovnica): v=√2(p ₀-p)/p

Tento vzorec funguje pre prietoky do 70 m/s.

Hustota vzduchu je určená nomogramom tlaku a teploty.

Tlak sa zvyčajne meria kvapalinovým manometrom.

Rýchlosť prúdenia vzduchu nebude po celej dĺžke potrubia konštantná. Ak tlak klesá a objem vzduchu sa zvyšuje, potom sa neustále zvyšuje, čo prispieva k zvýšeniu rýchlosti častíc materiálu. Ak je rýchlosť prúdenia väčšia ako 5 m/s, potom sa môže objaviť dodatočný hluk vo ventiloch, pravouhlých ohyboch a mriežkach zariadenia, cez ktoré prúdi.

Ukazovateľ energie

Vzorec, podľa ktorého sa určuje mocprietok vzduchu (voľný), je nasledovný: N=0,5SrV³ (W). V tomto vyjadrení N je výkon, r je hustota vzduchu, S je plocha veterného kolesa ovplyvnená prúdením (m²) a V je rýchlosť vetra (m/s).

Zo vzorca je zrejmé, že výstupný výkon sa zvyšuje úmerne k tretej mocnine prietoku vzduchu. Takže, keď sa rýchlosť zvýši 2-krát, potom sa výkon zvýši 8-krát. Preto pri nízkych prietokoch bude malé množstvo energie.

Všetku energiu z prúdenia, ktoré vytvára napríklad vietor, nemožno vyťažiť. Faktom je, že prechod cez veterné koleso medzi lopatkami je neobmedzený.

Prúdenie vzduchu, ako každé pohybujúce sa teleso, má energiu pohybu. Má určité množstvo kinetickej energie, ktorá sa pri premene mení na mechanickú energiu.

Faktory ovplyvňujúce objem prúdenia vzduchu

Maximálne množstvo vzduchu, ktoré môže byť, závisí od mnohých faktorov. Ide o parametre samotného zariadenia a okolitého priestoru. Napríklad, ak hovoríme o klimatizácii, potom maximálny prietok vzduchu ochladzovaný zariadením za jednu minútu výrazne závisí od veľkosti miestnosti a technických vlastností zariadenia. Pri veľkých plochách je všetko inak. Na ich ochladenie je potrebné intenzívnejšie prúdenie vzduchu.

Pri ventilátoroch je dôležitý priemer, rýchlosť otáčania a veľkosť lopatiek, rýchlosť otáčania, materiál použitý pri ich výrobe.

BV prírode pozorujeme také javy ako tornáda, tajfúny a tornáda. To všetko sú pohyby vzduchu, o ktorom je známe, že obsahuje molekuly dusíka, kyslíka, oxidu uhličitého, ale aj vody, vodíka a iných plynov. Sú to tiež prúdy vzduchu, ktoré sa riadia zákonmi aerodynamiky. Napríklad, keď sa vytvorí vír, počujeme zvuky prúdového motora.