מהי זרימת אוויר ומהם המושגים הבסיסיים הקשורים אליה

2024 מְחַבֵּר: Henry Conors | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-02-12 07:18

כאשר בוחנים אוויר כשילוב של מספר רב של מולקולות, אפשר לקרוא לו מדיום רציף. בו, חלקיקים בודדים יכולים לבוא במגע אחד עם השני. ייצוג זה מאפשר לפשט באופן משמעותי את שיטות לימוד האוויר. באווירודינמיקה יש דבר כזה היפוך תנועה, שנמצא בשימוש נרחב בתחום הניסויים במנהרות רוח ובמחקרים תיאורטיים תוך שימוש במושג זרימת אוויר.

קונספט חשוב של אווירודינמיקה

לפי עקרון הפיכות התנועה, במקום להתחשב בתנועה של גוף בתווך נייח, נוכל לשקול את מהלך המדיום ביחס לגוף ללא תנועה.

מהירות הזרימה הבלתי מופרעת של האירוע בתנועה לאחור שווה למהירות הגוף עצמו באוויר שקט.

עבור גוף שנע באוויר שקט, הכוחות האווירודינמיים יהיו זהים לאלו של גוף נייחגוף (סטטי) נתון לזרימת אוויר. כלל זה עובד בתנאי שמהירות הגוף ביחס לאוויר זהה.

מהי זרימת אוויר ומהם המושגים הבסיסיים שלה

ישנן שיטות שונות לחקר התנועה של חלקיקי גז או נוזלים. באחת מהן נחקרות התייעלות. בשיטה זו, יש להתייחס לתנועה של חלקיקים בודדים בנקודת זמן נתונה בנקודה מסוימת במרחב. התנועה המכוונת של חלקיקים שנעים באקראי היא זרימת אוויר (מושג בשימוש נרחב באווירודינמיקה).

תנועת זרימת האוויר תיחשב יציבה אם בכל נקודה בחלל שהיא תופסת, הצפיפות, הלחץ, הכיוון וגודל המהירות שלו נשארים ללא שינוי לאורך זמן. אם הפרמטרים האלה משתנים, התנועה נחשבת לא יציבה.

קו הייעול מוגדר באופן הבא: המשיק בכל נקודה אליו חופף לווקטור המהירות באותה נקודה. המכלול של ייעול כאלה יוצר סילון אלמנטרי. הוא סגור בצינור. ניתן לבודד כל טפטוף בודד ולהציג כזורם במנותק ממסת האוויר הכוללת.

כאשר זרם האוויר מחולק לזרמים, אתה יכול לדמיין את זרימתו המורכבת בחלל. ניתן להחיל את חוקי התנועה הבסיסיים על כל סילון בודד. מדובר בשימור מסה ואנרגיה. באמצעות המשוואות של חוקים אלה, ניתן לבצע ניתוח פיזיקאלי של האינטראקציות של אוויר וגוף מוצק.

מהירות וסוג התנועה

בהתייחס לאופי הזרימה, זרימת האוויר היא סוערת ולמינרית. כאשר זרמי האוויר נעים באותו כיוון ומקבילים זה לזה, זוהי זרימה למינרית. אם המהירות של חלקיקי האוויר עולה, אז הם מתחילים לקבל, בנוסף לתרגום, מהירויות אחרות המשתנות במהירות. נוצרת זרימה של חלקיקים בניצב לכיוון התנועה הטרנסציונלית. זו הזרימה הכאוטית - סוערת.

הנוסחה למדידת זרימת אוויר כוללת לחץ, שנקבע בדרכים רבות.

מהירות זרימה בלתי דחיסה נקבעת באמצעות התלות של ההפרש בין הלחץ הכולל והסטטי ביחס לצפיפות מסת האוויר (משוואת ברנולי): v=√2(p ₀-p)/p

נוסחה זו פועלת עבור זרימות של עד 70 מ ש.

צפיפות האוויר נקבעת על ידי הנומוגרמה של לחץ וטמפרטורה.

הלחץ נמדד בדרך כלל עם מד נוזל.

קצב זרימת האוויר לא יהיה קבוע לאורך הצינור. אם הלחץ יורד ונפח האוויר גדל, אז הוא גדל כל הזמן, מה שתורם לעלייה במהירות של חלקיקי החומר. אם מהירות הזרימה גדולה מ-5 מ' לשנייה, אזי רעש נוסף עלול להתרחש בשסתומים, בכיפופים מלבניים וברשתות של המכשיר שדרכו הוא עובר.

מחוון אנרגיה

הנוסחה שלפיה נקבע כוחזרימת האוויר (חופשית), היא כדלקמן: N=0.5SrV³ (W). בביטוי זה, N הוא ההספק, r הוא צפיפות האוויר, S הוא השטח של גלגל הרוח המושפע מהזרימה (m²) ו-V הוא מהירות הרוח (m/s).

מהנוסחה, ניתן לראות שהספק המוצא גדל ביחס לחזק השלישי של קצב זרימת האוויר. אז, כאשר המהירות עולה פי 2, אז הכוח גדל פי 8. לכן, בקצבי זרימה נמוכים תהיה כמות קטנה של אנרגיה.

לא ניתן לחלץ את כל האנרגיה מהזרימה, שיוצרת למשל את הרוח. העובדה היא שהמעבר דרך גלגל הרוח בין הלהבים אינו מופרע.

לזרימת האוויר, כמו לכל גוף נע, יש אנרגיית תנועה. יש לו כמות מסוימת של אנרגיה קינטית, שעם הפיכתה הופכת לאנרגיה מכנית.

גורמים המשפיעים על נפח זרימת האוויר

כמות האוויר המקסימלית שיכולה להיות תלויה בגורמים רבים. אלו הם הפרמטרים של המכשיר עצמו והמרחב שמסביב. לדוגמה, אם אנחנו מדברים על מזגן, אז זרימת האוויר המקסימלית מקורר על ידי ציוד בדקה אחת תלויה באופן משמעותי בגודל החדר ובמאפיינים הטכניים של המכשיר. עם שטחים גדולים הכל שונה. כדי שהם יתקררו, יש צורך בזרימות אוויר אינטנסיביות יותר.

במאווררים חשובים הקוטר, מהירות הסיבוב וגודל הלהב, מהירות הסיבוב, החומר המשמש בייצורו.

Bבטבע אנו רואים תופעות כמו סופות טורנדו, סופות טייפון וטורנדו. כל אלו הן תנועות אוויר, אשר ידוע כמכיל מולקולות חנקן, חמצן, פחמן דו חמצני, כמו גם מים, מימן וגזים אחרים. אלו גם זרימות אוויר המצייתות לחוקי האווירודינמיקה. לדוגמה, כאשר נוצרת מערבולת, אנו שומעים קולות של מנוע סילון.