Quando si considera l'aria come una combinazione di un gran numero di molecole, può essere definita un mezzo continuo. In esso, singole particelle possono entrare in contatto tra loro. Questa rappresentazione consente di semplificare notevolmente i metodi di studio dell'aria. In aerodinamica esiste una cosa come la reversibilità del moto, che è ampiamente utilizzata nel campo degli esperimenti per le gallerie del vento e negli studi teorici che utilizzano il concetto di flusso d'aria.
Concetto importante di aerodinamica
Secondo il principio della reversibilità del moto, invece di considerare il movimento di un corpo in un mezzo stazionario, possiamo considerare l'andamento del mezzo in relazione ad un corpo immobile.
La velocità del flusso imperturbato incidente in moto inverso è uguale alla velocità del corpo stesso in aria ferma.
Per un corpo che si muove in aria ferma, le forze aerodinamiche saranno le stesse di un corpo fermocorpo (statico) soggetto a flusso d'aria. Questa regola funziona a condizione che la velocità del corpo rispetto all'aria sia la stessa.
Cos'è il flusso d'aria e quali sono i suoi concetti base
Ci sono diversi metodi per studiare il movimento di gas o particelle liquide. In uno di essi vengono studiate le linee di ottimizzazione. Con questo metodo, il moto delle singole particelle deve essere considerato in un dato momento in un certo punto dello spazio. Il movimento diretto di particelle che si muovono casualmente è un flusso d'aria (un concetto ampiamente utilizzato in aerodinamica).
Il movimento del flusso d'aria sarà considerato costante se in qualsiasi punto dello spazio che occupa la densità, la pressione, la direzione e l'ampiezza della sua velocità rimangono invariate nel tempo. Se questi parametri cambiano, il movimento è considerato instabile.
La linea di flusso è definita come segue: la tangente in ogni punto coincide con il vettore velocità nello stesso punto. La totalità di tali linee di flusso forma un getto elementare. È racchiuso in un tubo. Ogni singolo rivolo può essere isolato e presentato come un flusso isolato dalla massa d'aria totale.
Quando il flusso d'aria è diviso in flussi, puoi visualizzare il suo complesso flusso nello spazio. Le leggi di base del moto possono essere applicate a ogni singolo getto. Riguarda la conservazione della massa e dell'energia. Usando le equazioni per queste leggi, si può condurre un'analisi fisica delle interazioni tra aria e un corpo solido.
Velocità e tipo di movimento
Per quanto riguarda la natura del flusso, il flusso d'aria è turbolento e laminare. Quando i flussi d'aria si muovono nella stessa direzione e sono paralleli tra loro, questo è un flusso laminare. Se la velocità delle particelle d'aria aumenta, iniziano ad avere, oltre alla traslazione, altre velocità che cambiano rapidamente. Si forma un flusso di particelle perpendicolare alla direzione del moto traslatorio. Questo è il flusso caotico - turbolento.
La formula per misurare il flusso d'aria include la pressione, che è determinata in molti modi.
La velocità di un flusso incomprimibile è determinata dalla dipendenza della differenza tra la pressione totale e statica in relazione alla densità della massa d'aria (equazione di Bernoulli): v=√2(p 0-p)/p
Questa formula funziona per flussi fino a 70 m/s.
La densità dell'aria è determinata dal nomogramma di pressione e temperatura.
La pressione viene solitamente misurata con un manometro a liquido.
La portata d'aria non sarà costante lungo la lunghezza della tubazione. Se la pressione diminuisce e il volume dell'aria aumenta, aumenta costantemente, contribuendo ad aumentare la velocità delle particelle del materiale. Se la velocità del flusso è maggiore di 5 m/s, può verificarsi ulteriore rumore nelle valvole, nelle curve rettangolari e nelle griglie del dispositivo attraverso il quale passa.
Indicatore di energia
La formula con cui viene determinata la potenzail flusso d'aria (libero), è il seguente: N=0,5SrV³ (W). In questa espressione, N è la potenza, r è la densità dell'aria, S è l'area della ruota del vento interessata dal flusso (m²) e V è la velocità del vento (m/s).
Dalla formula si può notare che la potenza in uscita aumenta proporzionalmente alla terza potenza della portata d'aria. Quindi, quando la velocità aumenta di 2 volte, la potenza aumenta di 8 volte. Pertanto, a basse portate ci sarà una piccola quantità di energia.
Tutta l'energia del flusso, che crea, ad esempio, il vento, non può essere estratta. Il fatto è che il passaggio attraverso la ruota del vento tra le pale è libero.
Il flusso d'aria, come qualsiasi corpo in movimento, ha l'energia del movimento. Possiede una certa quantità di energia cinetica, che, trasformandosi, si trasforma in energia meccanica.
Fattori che influenzano il volume del flusso d'aria
La quantità massima di aria che può essere dipende da molti fattori. Questi sono i parametri del dispositivo stesso e dello spazio circostante. Ad esempio, se parliamo di un condizionatore d'aria, il flusso d'aria massimo raffreddato dall'apparecchiatura in un minuto dipende in modo significativo dalle dimensioni della stanza e dalle caratteristiche tecniche del dispositivo. Con grandi aree, tutto è diverso. Affinché possano essere raffreddati, sono necessari flussi d'aria più intensi.
Nei ventilatori, il diametro, la velocità di rotazione e la dimensione della pala, la velocità di rotazione, il materiale utilizzato nella sua fabbricazione sono importanti.
BIn natura osserviamo fenomeni come tornado, tifoni e tornado. Questi sono tutti movimenti d'aria, che è noto per contenere molecole di azoto, ossigeno, anidride carbonica, nonché acqua, idrogeno e altri gas. Questi sono anche flussi d'aria che obbediscono alle leggi dell'aerodinamica. Ad esempio, quando si forma un vortice, sentiamo i suoni di un motore a reazione.
