ما هو تدفق الهواء وما هي المفاهيم الأساسية المرتبطة به

2024 مؤلف: Henry Conors | [email protected]. آخر تعديل: 2024-02-12 03:31

عند النظر إلى الهواء على أنه مزيج من عدد كبير من الجزيئات ، يمكن أن يطلق عليه وسط مستمر. في ذلك ، يمكن للجسيمات الفردية أن تتلامس مع بعضها البعض. هذا التمثيل يجعل من الممكن تبسيط طرق دراسة الهواء بشكل ملحوظ. في الديناميكا الهوائية ، هناك شيء مثل انعكاس الحركة ، والذي يستخدم على نطاق واسع في مجال تجارب أنفاق الرياح وفي الدراسات النظرية باستخدام مفهوم تدفق الهواء.

مفهوم مهم للديناميكا الهوائية

وفقًا لمبدأ انعكاس الحركة ، بدلاً من النظر في حركة الجسم في وسط ثابت ، يمكننا النظر في مسار الوسط فيما يتعلق بجسم ثابت.

سرعة التدفق غير المضطرب الحادث في حركة عكسية تساوي سرعة الجسم نفسه في الهواء الساكن.

بالنسبة للجسم الذي يتحرك في هواء ساكن ، فإن القوى الديناميكية الهوائية ستكون مماثلة لجسم ثابت(ثابت) تعرض الجسم لتدفق الهواء. تعمل هذه القاعدة بشرط أن تكون سرعة الجسم بالنسبة للهواء هي نفسها.

ما هو تدفق الهواء وما هي المفاهيم الأساسية له

هناك طرق مختلفة لدراسة حركة الجسيمات الغازية أو السائلة. في واحد منهم ، يتم التحقيق في الانسيابية. باستخدام هذه الطريقة ، يجب مراعاة حركة الجسيمات الفردية في نقطة زمنية معينة في نقطة معينة في الفضاء. الحركة الموجهة للجسيمات التي تتحرك بشكل عشوائي هي تدفق الهواء (مفهوم يستخدم على نطاق واسع في الديناميكا الهوائية).

ستُعتبر حركة تدفق الهواء ثابتة إذا بقيت كثافة وضغط واتجاه وحجم سرعته دون تغيير بمرور الوقت. إذا تغيرت هذه المعلمات ، فإن الحركة تعتبر غير مستقرة.

يتم تعريف الانسياب على النحو التالي: المماس عند كل نقطة له يتطابق مع متجه السرعة عند نفس النقطة. مجموع مثل هذه الانسيابية يشكل طائرة أولية. إنه محاط بأنبوب. يمكن عزل كل قطيرة فردية وتقديمها على أنها تتدفق بمعزل عن الكتلة الهوائية الكلية.

عندما ينقسم تيار الهواء إلى تيارات ، يمكنك تصور تدفقه المعقد في الفضاء. يمكن تطبيق قوانين الحركة الأساسية على كل طائرة على حدة. يتعلق الأمر بالحفاظ على الكتلة والطاقة. باستخدام معادلات هذه القوانين ، يمكن للمرء إجراء تحليل فيزيائي لتفاعلات الهواء والجسم الصلب.

السرعة ونوع الحركة

فيما يتعلق بطبيعة التدفق ، فإن تدفق الهواء مضطرب وصفحي. عندما تتحرك تيارات الهواء في نفس الاتجاه وتكون متوازية مع بعضها البعض ، فهذا تدفق رقائقي. إذا زادت سرعة جزيئات الهواء ، فإنها تبدأ في الحصول على سرعات أخرى متغيرة بسرعة بالإضافة إلى السرعات الانتقالية. يتشكل تدفق الجسيمات عموديًا على اتجاه الحركة الانتقالية. هذا هو التدفق الفوضوي المضطرب

تتضمن صيغة قياس تدفق الهواء الضغط الذي يتم تحديده بعدة طرق.

يتم تحديد سرعة التدفق غير القابل للضغط باستخدام اعتماد الاختلاف بين الضغط الكلي والضغط الساكن بالنسبة لكثافة كتلة الهواء (معادلة برنولي): v=√2 (p₀-p) / p

تعمل هذه الصيغة للتدفقات التي تصل إلى 70 م / ث.

يتم تحديد كثافة الهواء من خلال الرسم البياني للضغط ودرجة الحرارة.

يقاس الضغط عادة بمقياس ضغط السائل.

لن يكون معدل تدفق الهواء ثابتًا على طول خط الأنابيب. إذا انخفض الضغط وزاد حجم الهواء ، فإنه يزداد باستمرار ، مما يساهم في زيادة سرعة جزيئات المادة. إذا كانت سرعة التدفق أكبر من 5 م / ث ، فقد تحدث ضوضاء إضافية في الصمامات ، والانحناءات المستطيلة والحواجز الشبكية للجهاز الذي يمر من خلاله.

مؤشر الطاقة

الصيغة التي يتم من خلالها تحديد القوةتدفق الهواء (حر) على النحو التالي: N=0.5SrV³ (W). في هذا التعبير ، N هي القوة ، r هي كثافة الهواء ، S هي منطقة عجلة الرياح المتأثرة بالتدفق (م 2) و V هي سرعة الرياح (م / ث).

من الصيغة ، يمكن ملاحظة أن طاقة الخرج تزداد بما يتناسب مع القوة الثالثة لمعدل تدفق الهواء. لذلك ، عندما تزيد السرعة مرتين ، تزداد الطاقة بمقدار 8 مرات. لذلك ، عند معدلات التدفق المنخفضة سيكون هناك كمية صغيرة من الطاقة.

كل الطاقة المتدفقة التي تولد الرياح على سبيل المثال لا يمكن استخلاصها. الحقيقة هي أن المرور عبر عجلة الرياح بين الشفرات لا يتم إعاقته.

تدفق الهواء ، مثل أي جسم متحرك ، لديه طاقة الحركة. لديها قدر معين من الطاقة الحركية ، والتي تتحول إلى طاقة ميكانيكية.

العوامل التي تؤثر على حجم تدفق الهواء

الحد الأقصى لكمية الهواء التي يمكن أن تعتمد على العديد من العوامل. هذه هي معلمات الجهاز نفسه والمساحة المحيطة به. على سبيل المثال ، إذا كنا نتحدث عن مكيف هواء ، فإن أقصى تدفق للهواء المبرد بواسطة المعدات في دقيقة واحدة يعتمد بشكل كبير على حجم الغرفة والخصائص التقنية للجهاز. مع المساحات الكبيرة ، كل شيء مختلف. لكي يتم تبريدهم ، هناك حاجة إلى مزيد من تدفقات الهواء المكثفة.

في المراوح ، يعتبر القطر وسرعة الدوران وحجم الشفرة وسرعة الدوران والمواد المستخدمة في تصنيعها مهمة.

بفي الطبيعة ، نلاحظ ظواهر مثل الأعاصير والأعاصير. هذه كلها حركات الهواء ، والمعروف أنها تحتوي على جزيئات النيتروجين والأكسجين وثاني أكسيد الكربون ، وكذلك الماء والهيدروجين والغازات الأخرى. هذه هي أيضًا تدفقات الهواء التي تخضع لقوانين الديناميكا الهوائية. على سبيل المثال ، عندما تتشكل دوامة ، نسمع أصوات محرك نفاث.