Під час розгляду повітря, як сукупності великого числа молекул, його можна назвати суцільним середовищем. У ній окремі частинки можуть стикатися один з одним. Таке уявлення дозволяє значно спростити способи дослідження повітря. В аеродинаміці існує таке поняття, як зворотність руху, який широко застосовується в сфері проведення дослідів для аеродинамічних труб і в теоретичних дослідженнях з використанням поняття повітряного потоку.
Важливе поняття аеродинаміки
Згідно з принципом зворотності руху, замість розгляду переміщення тіла в середовищі нерухомому, можна розглянути хід середовища по відношенню до нерухомого тіла.
Швидкість набігаючого невідшкодованого потоку в обігу дорівнює швидкості самого тіла в нерухомому повітрі.
Для тіла, яке рухається в нерухомому повітрі, аеродинамічні сили будуть такими ж, як і для нерухомого (статичного) тіла, підданого обтіканню повітрям. Це правило працює за умови, що швидкість руху тіла по відношенню до повітря буде однією і тією ж.
Що таке повітряний потік і які основні поняття його визначають
Існують різні методи для вивчення руху частинок газу або рідини. В одному з них досліджуються лінії струму. При цьому методі рух окремих частинок необхідно розглядати в даний момент часу при певній точці простору. Спрямований рух частинок, які переміщуються хаотично - це повітряний потік (поняття, широко застосовуване в аеродинаміці).
Рух потоку повітря буде вважатися таким, що встановився, якщо в будь-якій точці простору, ним займаного, щільність, тиск, напрямок і величина його швидкості залишаються незмінними з плином часу. Якщо ці параметри змінюються, то рух вважається невстановленим.
Лінія струму визначається так: дотична в кожній точці до неї збігається з вектором швидкості в тій же точці. Сукупність таких ліній струму утворює елементарний струмінь. Вона ув'язана в якусь трубку. Кожну окрему струменю можна виділити і уявити ізольовано поточною від загальної повітряної маси.
Коли повітряний потік розділений на струмені, можна наочно уявити його складну течію в просторі. До кожного окремого струменя можна застосовувати основні закони руху. Йдеться про збереження маси та енергії. Використовуючи рівняння для цих законів, можна провести фізичний аналіз взаємодій повітря і твердого тіла.
Швидкість і тип руху
Щодо характеру перебігу повітряний потік буває турбулентним і ламінарним. Коли струмені повітря пересуваються в одному напрямку і при цьому паралельні один одному - це ламінарний потік. Якщо швидкість частинок повітря збільшується, то вони починають володіти крім поступальною, іншими швидкостями, що швидко змінюються. Утворюється потік перпендикулярних до напрямку поступального руху частинок. Це і є безладний - турбулентний потік.
Формула, за якою вимірюється швидкість повітряного потоку, включає в себе тиск, визначений різними способами.
Швидкість незтисканого потоку визначається за допомогою залежності різниці повного і статистичного тиску по відношенню до щільності повітряної маси (рівняння Бернуллі): v=√2(p0-p)/p
Ця формула працює для потоків зі швидкістю не більше 70 м/с.
Щільність повітря визначають за номограмою тиску і температури.
Величину тиску зазвичай визначають рідинним манометром.
Швидкість потоку повітря не буде постійною по довжині трубопроводу. Якщо зменшується тиск і збільшується обсяг повітря, то вона постійно зростає, сприяючи збільшенню швидкості частинок матеріалу. Якщо швидкість потоку більше 5 м/с, то можлива поява додаткового шуму в клапанах, прямокутних поворотах і решітках пристрою, по якому він проходить.
Енергетичний показник
Формула, за якою визначається потужність повітряного потоку повітря (вільного), виглядає наступним чином: N = 0,5SrV ^ (Вт). У цьому вираженні N - потужність, r - щільність повітря, S - площа вітроколеса, що знаходиться під дією потоку (м ) і V - це швидкість вітру (м/с).
З формули видно, що вихідна потужність збільшується пропорційно третьому ступеня швидкості потоку повітря. Значить, коли швидкість зростає в 2 рази, то потужність зростає в 8 разів. Отже, при малих швидкостях потоку буде невелика кількість енергії.
Всю енергію від потоку, який створює, наприклад, вітер, витягти не вийде. Справа в тому, що проходження через вітроколесо між лопатями відбувається безперешкодно.
Потік повітря має подібно до будь-якого рухомого тіла енергією руху. Він має певний запас кінетичної енергії, яка в міру перетворення переходить на механічну.
Фактори, що впливають на обсяг потоку повітря
Той максимальний обсяг повітря, який може бути, залежить від багатьох факторів. Це параметри самого пристрою і навколишнього простору. Наприклад, якщо мова йде про кондиціонер, то максимальний повітряний потік, що охолоджується обладнанням за одну хвилину, значно залежить від розмірів приміщення і технічних характеристик приладу. З великими площами все інакше. Для них, які підлягають охолодженню, потрібні більш інтенсивні повітряні потоки.
У вентиляторах важливий діаметр, швидкість обертання і розмір лопатей, швидкість обертання, матеріал, що використовується при його виготовленні.
У природі ми спостерігаємо такі явища, як смерчі, тайфуни і торнадо. Це все рух повітря, який, як відомо, містить азот, кисень, молекули вуглекислого газу, а також води, водню та інших газів. Це теж потоки повітря, що підкоряються законам аеродинаміки. Наприклад, при утворенні вихору, ми чуємо звуки реактивного двигуна.
