Όταν ο αέρας θεωρείται συνδυασμός μεγάλου αριθμού μορίων, μπορεί να ονομαστεί συνεχές μέσο. Σε αυτό, μεμονωμένα σωματίδια μπορούν να έρθουν σε επαφή μεταξύ τους. Αυτή η αναπαράσταση καθιστά δυνατή τη σημαντική απλοποίηση των μεθόδων μελέτης του αέρα. Στην αεροδυναμική, υπάρχει κάτι όπως η αναστρεψιμότητα της κίνησης, η οποία χρησιμοποιείται ευρέως στο πεδίο των πειραμάτων για αεροσήραγγα και σε θεωρητικές μελέτες που χρησιμοποιούν την έννοια της ροής αέρα.
Σημαντική ιδέα της αεροδυναμικής
Σύμφωνα με την αρχή της αναστρεψιμότητας της κίνησης, αντί να εξετάζουμε την κίνηση ενός σώματος σε ακίνητο μέσο, μπορούμε να εξετάσουμε την πορεία του μέσου σε σχέση με ένα ακίνητο σώμα.
Η ταχύτητα της προσπίπτουσας αδιατάρακτης ροής σε αντίστροφη κίνηση είναι ίση με την ταχύτητα του ίδιου του σώματος στον ακίνητο αέρα.
Για ένα σώμα που κινείται σε ακίνητο αέρα, οι αεροδυναμικές δυνάμεις θα είναι ίδιες όπως για ένα ακίνητο(στατικό) σώμα που υπόκειται σε ροή αέρα. Αυτός ο κανόνας λειτουργεί με την προϋπόθεση ότι η ταχύτητα του σώματος σε σχέση με τον αέρα είναι ίδια.
Τι είναι η ροή αέρα και ποιες είναι οι βασικές έννοιές της
Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για τη μελέτη της κίνησης των σωματιδίων αερίου ή υγρού. Σε ένα από αυτά, διερευνώνται οι εξορθολογισμοί. Με αυτή τη μέθοδο, η κίνηση μεμονωμένων σωματιδίων πρέπει να λαμβάνεται υπόψη σε μια δεδομένη χρονική στιγμή σε ένα ορισμένο σημείο του χώρου. Η κατευθυνόμενη κίνηση των σωματιδίων που κινούνται τυχαία είναι μια ροή αέρα (μια έννοια που χρησιμοποιείται ευρέως στην αεροδυναμική).
Η κίνηση της ροής του αέρα θα θεωρείται σταθερή εάν σε οποιοδήποτε σημείο του χώρου που καταλαμβάνει, η πυκνότητα, η πίεση, η κατεύθυνση και το μέγεθος της ταχύτητάς του παραμένουν αμετάβλητα με την πάροδο του χρόνου. Εάν αλλάξουν αυτές οι παράμετροι, τότε η κίνηση θεωρείται ασταθής.
Η γραμμή εξορθολογισμού ορίζεται ως εξής: η εφαπτομένη σε κάθε σημείο της συμπίπτει με το διάνυσμα της ταχύτητας στο ίδιο σημείο. Το σύνολο τέτοιων γραμμών σχηματίζει ένα στοιχειώδες πίδακα. Είναι κλεισμένο σε σωλήνα. Κάθε μεμονωμένη στάλα μπορεί να απομονωθεί και να παρουσιαστεί σαν να ρέει μεμονωμένα από τη συνολική μάζα αέρα.
Όταν το ρεύμα αέρα χωρίζεται σε ρεύματα, μπορείτε να οραματιστείτε τη σύνθετη ροή του στο διάστημα. Οι βασικοί νόμοι της κίνησης μπορούν να εφαρμοστούν σε κάθε μεμονωμένο πίδακα. Πρόκειται για τη διατήρηση της μάζας και της ενέργειας. Χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις για αυτούς τους νόμους, μπορεί κανείς να πραγματοποιήσει μια φυσική ανάλυση των αλληλεπιδράσεων του αέρα και ενός στερεού σώματος.
Ταχύτητα και τύπος κίνησης
Όσον αφορά τη φύση της ροής, η ροή του αέρα είναι τυρβώδης και στρωτή. Όταν τα ρεύματα αέρα κινούνται προς την ίδια κατεύθυνση και είναι παράλληλα μεταξύ τους, αυτή είναι μια στρωτή ροή. Εάν η ταχύτητα των σωματιδίων του αέρα αυξάνεται, τότε αρχίζουν να έχουν, εκτός από μεταφορικές, και άλλες ταχύτητες που αλλάζουν γρήγορα. Σχηματίζεται μια ροή σωματιδίων κάθετη προς την κατεύθυνση της μεταφορικής κίνησης. Αυτή είναι η χαοτική - ταραχώδης ροή.
Ο τύπος για τη μέτρηση της ροής αέρα περιλαμβάνει την πίεση, η οποία προσδιορίζεται με πολλούς τρόπους.
Η ταχύτητα μιας ασυμπίεστης ροής προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας την εξάρτηση της διαφοράς μεταξύ της συνολικής και της στατικής πίεσης σε σχέση με την πυκνότητα της μάζας του αέρα (εξίσωση Bernoulli): v=√2(p 0-p)/p
Αυτός ο τύπος λειτουργεί για ροές έως και 70 m/s.
Η πυκνότητα του αέρα προσδιορίζεται από το νομόγραμμα πίεσης και θερμοκρασίας.
Η πίεση μετριέται συνήθως με ένα μανόμετρο υγρού.
Ο ρυθμός ροής αέρα δεν θα είναι σταθερός σε όλο το μήκος του αγωγού. Εάν η πίεση μειωθεί και ο όγκος του αέρα αυξάνεται, τότε αυξάνεται συνεχώς, συμβάλλοντας στην αύξηση της ταχύτητας των σωματιδίων του υλικού. Εάν η ταχύτητα ροής είναι μεγαλύτερη από 5 m/s, τότε μπορεί να προκύψει πρόσθετος θόρυβος στις βαλβίδες, τις ορθογώνιες στροφές και τις σχάρες της συσκευής από τις οποίες διέρχεται.
Ένδειξη ενέργειας
Ο τύπος με τον οποίο προσδιορίζεται η ισχύςη ροή αέρα (ελεύθερη), έχει ως εξής: N=0,5SrV³ (W). Σε αυτήν την έκφραση, N είναι η ισχύς, r είναι η πυκνότητα του αέρα, S είναι η περιοχή του τροχού ανέμου που επηρεάζεται από τη ροή (m²) και V είναι η ταχύτητα του ανέμου (m/s).
Από τον τύπο, μπορεί να φανεί ότι η ισχύς εξόδου αυξάνεται ανάλογα με την τρίτη ισχύ του ρυθμού ροής αέρα. Έτσι, όταν η ταχύτητα αυξάνεται κατά 2 φορές, τότε η ισχύς αυξάνεται κατά 8 φορές. Επομένως, σε χαμηλούς ρυθμούς ροής θα υπάρχει μικρή ποσότητα ενέργειας.
Όλη η ενέργεια από τη ροή, που δημιουργεί, για παράδειγμα, τον άνεμο, δεν μπορεί να εξαχθεί. Το γεγονός είναι ότι η διέλευση από τον τροχό του ανέμου μεταξύ των πτερυγίων είναι ανεμπόδιστη.
Η ροή του αέρα, όπως κάθε κινούμενο σώμα, έχει την ενέργεια της κίνησης. Έχει μια ορισμένη ποσότητα κινητικής ενέργειας, η οποία, καθώς μετασχηματίζεται, μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια.
Παράγοντες που επηρεάζουν τον όγκο ροής αέρα
Η μέγιστη ποσότητα αέρα που μπορεί να είναι εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Αυτές είναι οι παράμετροι της ίδιας της συσκευής και του περιβάλλοντος χώρου. Για παράδειγμα, αν μιλάμε για κλιματιστικό, τότε η μέγιστη ροή αέρα που ψύχεται από εξοπλισμό σε ένα λεπτό εξαρτάται σημαντικά από το μέγεθος του δωματίου και τα τεχνικά χαρακτηριστικά της συσκευής. Με μεγάλες εκτάσεις, όλα είναι διαφορετικά. Για να ψύχονται, χρειάζονται πιο εντατικές ροές αέρα.
Στους ανεμιστήρες, η διάμετρος, η ταχύτητα περιστροφής και το μέγεθος της λεπίδας, η ταχύτητα περιστροφής, το υλικό που χρησιμοποιείται στην κατασκευή του είναι σημαντικά.
ΒΣτη φύση, παρατηρούμε φαινόμενα όπως ανεμοστρόβιλοι, τυφώνες και ανεμοστρόβιλοι. Αυτές είναι όλες οι κινήσεις του αέρα, ο οποίος είναι γνωστό ότι περιέχει μόρια αζώτου, οξυγόνου, διοξειδίου του άνθρακα, καθώς και νερό, υδρογόνο και άλλα αέρια. Πρόκειται επίσης για ροές αέρα που υπακούουν στους νόμους της αεροδυναμικής. Για παράδειγμα, όταν σχηματίζεται μια δίνη, ακούμε τους ήχους μιας μηχανής τζετ.
