Luồng không khí là gì và các khái niệm cơ bản liên quan đến nó là gì

2024 Tác giả: Henry Conors | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-02-12 14:32

Khi coi không khí là sự kết hợp của một số lượng lớn các phân tử, nó có thể được gọi là môi trường liên tục. Trong đó, các hạt riêng lẻ có thể tiếp xúc với nhau. Biểu diễn này giúp đơn giản hóa đáng kể các phương pháp nghiên cứu không khí. Trong khí động học, có một thứ gọi là tính thuận nghịch của chuyển động, được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực thí nghiệm cho các đường hầm gió và trong các nghiên cứu lý thuyết sử dụng khái niệm dòng không khí.

Khái niệm quan trọng về khí động học

Theo nguyên tắc thuận nghịch của chuyển động, thay vì xem xét chuyển động của một vật trong môi trường đứng yên, chúng ta có thể coi chuyển động của môi trường liên quan đến vật bất động.

Tốc độ của dòng chảy không bị xáo trộn khi chuyển động ngược bằng tốc độ của chính cơ thể trong không khí tĩnh.

Đối với một vật thể chuyển động trong không khí tĩnh, lực khí động học sẽ giống như đối với vật thể đứng yên(tĩnh) cơ thể chịu luồng không khí. Quy tắc này hoạt động với điều kiện là tốc độ của cơ thể so với không khí là như nhau.

Luồng không khí là gì và các khái niệm cơ bản về nó là gì

Có nhiều phương pháp khác nhau để nghiên cứu chuyển động của các hạt khí hoặc chất lỏng. Trong một trong số đó, việc sắp xếp hợp lý được điều tra. Với phương pháp này, chuyển động của các hạt riêng lẻ phải được xem xét tại một thời điểm nhất định tại một điểm nhất định trong không gian. Chuyển động có hướng của các hạt chuyển động ngẫu nhiên là một luồng không khí (một khái niệm được sử dụng rộng rãi trong khí động học).

Chuyển động của dòng không khí sẽ được coi là ổn định nếu tại bất kỳ điểm nào trong không gian mà nó chiếm giữ, mật độ, áp suất, hướng và độ lớn tốc độ của nó không thay đổi theo thời gian. Nếu các thông số này thay đổi, thì chuyển động được coi là không ổn định.

Đường hợp lý được định nghĩa như sau: tiếp tuyến tại mỗi điểm với nó trùng với vectơ vận tốc tại cùng một điểm. Tổng số của các dòng hợp lý như vậy tạo thành một phản lực cơ bản. Nó được bao bọc trong một ống. Mỗi giọt riêng lẻ có thể được phân lập và thể hiện như đang chảy cô lập với tổng khối lượng không khí.

Khi dòng khí được chia thành các dòng, bạn có thể hình dung dòng chảy phức tạp của nó trong không gian. Các định luật cơ bản của chuyển động có thể được áp dụng cho từng phản lực riêng biệt. Đó là về sự bảo toàn khối lượng và năng lượng. Sử dụng các phương trình cho các định luật này, người ta có thể tiến hành phân tích vật lý về tương tác của không khí và vật rắn.

Tốc độ và kiểu chuyển động

Về bản chất của dòng chảy, dòng khí là dòng chảy hỗn loạn và nhiều tầng. Khi các dòng khí chuyển động cùng chiều và song song với nhau thì đây là dòng chảy tầng. Nếu tốc độ của các phần tử không khí tăng lên, thì chúng bắt đầu có các tốc độ thay đổi nhanh chóng ngoài chuyển động tịnh tiến. Một dòng hạt vuông góc với hướng của chuyển động tịnh tiến được hình thành. Đây là dòng chảy hỗn loạn - hỗn loạn.

Công thức đo luồng không khí bao gồm áp suất, được xác định theo nhiều cách.

Tốc độ của dòng không nén được xác định bằng cách sử dụng sự phụ thuộc của sự chênh lệch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh liên quan đến mật độ của khối không khí (phương trình Bernoulli): v=√2 (p₀-p) / p

Công thức này hoạt động với dòng chảy lên đến 70 m / s.

Mật độ không khí được xác định bằng biểu đồ của áp suất và nhiệt độ.

Áp suất thường được đo bằng áp kế chất lỏng.

Lưu lượng gió sẽ không cố định dọc theo chiều dài của đường ống. Nếu áp suất giảm và thể tích không khí tăng lên thì nó không ngừng tăng lên, góp phần làm tăng tốc độ của các hạt vật chất. Nếu vận tốc dòng chảy lớn hơn 5 m / s, thì tiếng ồn bổ sung có thể xảy ra trong các van, chỗ uốn cong hình chữ nhật và lưới của thiết bị mà nó đi qua.

Chỉ báo năng lượng

Công thức xác định sức mạnhlưu lượng không khí (tự do), như sau: N=0,5SrV³ (W). Trong biểu thức này, N là công suất, r là mật độ không khí, S là diện tích của bánh xe gió bị ảnh hưởng bởi dòng chảy (m²) và V là tốc độ gió (m / s).

Từ công thức, có thể thấy rằng công suất đầu ra tăng tương ứng với công suất thứ ba của tốc độ dòng khí. Vậy khi tốc độ tăng lên 2 lần thì công suất tăng lên 8 lần. Do đó, ở tốc độ dòng chảy thấp sẽ có một lượng nhỏ năng lượng.

Tất cả năng lượng từ dòng chảy, chẳng hạn như gió, không thể được chiết xuất. Thực tế là việc đi qua bánh xe gió giữa các cánh quạt không bị cản trở.

Luồng không khí, giống như bất kỳ cơ thể chuyển động nào, có năng lượng chuyển động. Nó có một lượng động năng nhất định, khi nó biến đổi, nó sẽ biến thành cơ năng.

Các yếu tố ảnh hưởng đến lưu lượng gió

Lượng không khí tối đa có thể đạt được phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Đây là các thông số của bản thân thiết bị và không gian xung quanh. Ví dụ, nếu chúng ta đang nói về máy điều hòa không khí, thì lưu lượng không khí tối đa được thiết bị làm mát trong một phút phụ thuộc đáng kể vào diện tích phòng và các đặc tính kỹ thuật của thiết bị. Với những khu vực rộng lớn, mọi thứ đều khác. Để chúng được làm mát, cần có nhiều luồng khí mạnh hơn.

Trong quạt, đường kính, tốc độ quay và kích thước cánh quạt, tốc độ quay, vật liệu được sử dụng để sản xuất nó là quan trọng.

BTrong tự nhiên, chúng ta quan sát thấy các hiện tượng như lốc xoáy, bão và lốc xoáy. Đây là tất cả các chuyển động của không khí, được biết là có chứa các phân tử nitơ, oxy, carbon dioxide, cũng như nước, hydro và các khí khác. Đây cũng là những luồng khí tuân theo quy luật khí động học. Ví dụ, khi một dòng xoáy được hình thành, chúng ta nghe thấy âm thanh của động cơ phản lực.