Kada se zrak promatra kao kombinacija velikog broja molekula, može se nazvati kontinuiranim medijem. U njemu pojedine čestice mogu doći u dodir jedna s drugom. Ovaj prikaz omogućuje značajno pojednostavljenje metoda proučavanja zraka. U aerodinamici postoji takva stvar kao što je reverzibilnost gibanja, koja se naširoko koristi u području eksperimenata za aerotunele i u teorijskim studijama koristeći koncept strujanja zraka.
Važan koncept aerodinamike
Prema principu reverzibilnosti gibanja, umjesto razmatranja gibanja tijela u nepokretnom mediju, možemo razmotriti tok medija u odnosu na nepokretno tijelo.
Brzina incidentnog neometanog toka u obrnutom kretanju jednaka je brzini samog tijela u mirnom zraku.
Za tijelo koje se kreće u mirnom zraku, aerodinamičke sile će biti iste kao i za nepokretno(statično) tijelo podvrgnuto strujanju zraka. Ovo pravilo funkcionira pod uvjetom da je brzina tijela u odnosu na zrak ista.
Što je protok zraka i koji su njegovi osnovni koncepti
Postoje različite metode za proučavanje kretanja čestica plina ili tekućine. U jednom od njih istražuju se strujne linije. Ovom metodom se gibanje pojedinih čestica mora razmatrati u danom trenutku u određenoj točki u prostoru. Usmjereno kretanje čestica koje se kreću nasumično je strujanje zraka (koncept koji se široko koristi u aerodinamici).
Kretanje strujanja zraka smatrat će se stabilnim ako u bilo kojoj točki u prostoru koji zauzima, gustoća, tlak, smjer i veličina njegove brzine ostaju nepromijenjeni tijekom vremena. Ako se ovi parametri promijene, tada se kretanje smatra nestabilnim.
Linija strujanja definirana je na sljedeći način: tangenta u svakoj točki na nju poklapa se s vektorom brzine u istoj točki. Sveukupnost takvih strujnih linija čini elementarni mlaz. Zatvoren je u cijev. Svaki pojedinačni mlaz može se izolirati i prikazati kao da teče izolirano od ukupne zračne mase.
Kada je struja zraka podijeljena na strujanja, možete vizualizirati njezin složeni tok u prostoru. Osnovni zakoni gibanja mogu se primijeniti na svaki pojedini mlaz. Riječ je o očuvanju mase i energije. Koristeći jednadžbe za ove zakone, može se provesti fizička analiza interakcija zraka i čvrstog tijela.
Brzina i vrsta kretanja
S obzirom na prirodu strujanja, strujanje zraka je turbulentno i laminarno. Kada se struje zraka kreću u istom smjeru i paralelne su jedna s drugom, to je laminarni tok. Ako se brzina čestica zraka povećava, tada one počinju imati, osim translacijske, i druge brzine koje se brzo mijenjaju. Nastaje strujanje čestica okomito na smjer translacijskog gibanja. Ovo je kaotični - turbulentni tok.
Formula za mjerenje protoka zraka uključuje tlak, koji se određuje na mnogo načina.
Brzina nestlačivog toka određena je ovisnošću razlike između ukupnog i statičkog tlaka u odnosu na gustoću zračne mase (Bernoullijeva jednadžba): v=√2(p 0-p)/p
Ova formula radi za protoke do 70 m/s.
Gustoća zraka određena je nomogramom tlaka i temperature.
Tlak se obično mjeri tekućinskim manometrom.
Brzina protoka zraka neće biti konstantna duž duljine cjevovoda. Ako se tlak smanjuje, a volumen zraka povećava, tada se stalno povećava, pridonoseći povećanju brzine čestica materijala. Ako je brzina protoka veća od 5 m/s, može doći do dodatne buke u ventilima, pravokutnim zavojima i rešetkama uređaja kroz koje prolazi.
Pokazatelj energije
Formula po kojoj se određuje snagaprotok zraka (slobodan), je sljedeći: N=0,5SrV³ (W). U ovom izrazu, N je snaga, r je gustoća zraka, S je površina kotača vjetra na koju utječe protok (m²), a V je brzina vjetra (m/s).
Iz formule se može vidjeti da izlazna snaga raste proporcionalno trećoj potenciji protoka zraka. Dakle, kada se brzina poveća za 2 puta, tada se snaga povećava za 8 puta. Stoga će pri niskim brzinama protoka biti mala količina energije.
Sva energija iz toka, koja stvara, na primjer, vjetar, ne može se izvući. Činjenica je da je prolaz kroz kotač vjetra između lopatica nesmetan.
Protok zraka, kao i svako tijelo koje se kreće, ima energiju kretanja. Ima određenu količinu kinetičke energije, koja se, kako se transformira, pretvara u mehaničku energiju.
Čimbenici koji utječu na volumen protoka zraka
Maksimalna količina zraka koja može biti ovisi o mnogim čimbenicima. To su parametri samog uređaja i okolnog prostora. Na primjer, ako govorimo o klima-uređaju, tada maksimalni protok zraka koji se hladi opremom u jednoj minuti značajno ovisi o veličini prostorije i tehničkim karakteristikama uređaja. S velikim površinama sve je drugačije. Da bi se ohladili, potrebni su intenzivniji protok zraka.
Kod ventilatora su važni promjer, brzina rotacije i veličina oštrice, brzina rotacije, materijal koji se koristi u njihovoj proizvodnji.
BU prirodi promatramo takve pojave kao što su tornada, tajfuni i tornada. Sve su to kretnje zraka za koje se zna da sadrže dušik, kisik, molekule ugljičnog dioksida, kao i vodu, vodik i druge plinove. To su također strujanja zraka koja se pokoravaju zakonima aerodinamike. Na primjer, kada se formira vrtlog, čujemo zvukove mlaznog motora.
