Воздушный поток, или поток воздуха , это движение воздуха. Основная причина воздушного потока - наличие воздуха . Воздух ведет себя плавно , а это означает, что частицы естественным образом перетекают из областей с более высоким давлением в те, где давление ниже. Атмосферное давление воздуха напрямую связано с высотой, температурой и составом. [1]
В технике , воздушный поток или поток воздуха является измерением количества воздуха в единицу времени , который протекает через конкретное устройство.
Поток воздуха может быть вызван механическими средствами (например, с помощью электрического или ручного вентилятора) или может происходить пассивно, в зависимости от перепадов давления в окружающей среде.
Типы воздушного потока
Как и любая жидкость, воздух может иметь как ламинарные, так и турбулентные потоки. Ламинарный поток возникает, когда воздух может течь плавно, и имеет параболический профиль скорости ; турбулентный поток возникает, когда есть неравномерность (например, нарушение поверхности, по которой течет жидкость), которая изменяет направление движения. Турбулентный поток имеет плоский профиль скорости. [2]
Число Рейнольдса , соотношение, указывающее соотношение между вязкими и инерционными силами в жидкости, можно использовать для прогнозирования перехода от ламинарного к турбулентному потоку. Это число и связанные с ним понятия могут быть применены для изучения потока в системах любого масштаба.
Скорость, с которой жидкость течет мимо объекта, зависит от расстояния от поверхности объекта. Область, окружающая объект, в которой скорость воздуха приближается к нулю, называется пограничным слоем . [3] Именно здесь поверхностное трение больше всего влияет на поток; неровности поверхностей могут повлиять на толщину пограничного слоя и, следовательно, нарушить поток. [2]
Единицы измерения
Типичными единицами измерения расхода воздуха являются: [4]
По объему
- л / с ( литры в секунду )
- м 3 / ч ( кубометры в час )
- ft 3 / h ( кубические футы в час)
- фут 3 / мин ( кубический фут в минуту, также известный как CFM)
По массе
- кг / с ( килограммы в секунду )
Воздушный поток также можно описать с точки зрения воздухообмена в час (ACH), что указывает на полную замену объема воздуха, заполняющего рассматриваемое пространство.
Измерение
Прибор, который измеряет воздушный поток, называется измерителем воздушного потока . Анемометры также используются для измерения скорости ветра и воздушного потока в помещении.
Существует множество типов, включая анемометры с прямым зондом, предназначенные для измерения скорости воздуха, перепада давления, температуры и влажности; пластинчато-вращающиеся анемометры , используемые для измерения скорости и объемного расхода воздуха; и анемометры с горячей сферой.
Анемометры могут использовать ультразвуковой или резистивный провод для измерения передачи энергии между измерительным устройством и проходящими частицами. Например, термоанемометр регистрирует снижение температуры проволоки, что можно преобразовать в скорость воздушного потока, анализируя скорость изменения. Некоторые инструменты могут рассчитывать воздушный поток, температуру по влажному термометру, точку росы и турбулентность.
Моделирование
Воздушный поток можно смоделировать с помощью моделирования вычислительной гидродинамики (CFD) или наблюдать экспериментально с помощью аэродинамической трубы . Это может быть использовано для прогнозирования схем воздушного потока вокруг автомобилей, самолетов и морских судов, а также проникновения воздуха через ограждающую конструкцию здания.
Контроль
Один из видов оборудования, регулирующего воздушный поток в воздуховодах, называется заслонкой . Заслонка может использоваться для увеличения, уменьшения или полного прекращения потока воздуха. Более сложное устройство, которое может не только регулировать воздушный поток, но также может создавать и управлять воздушным потоком, - это обработчик воздуха .
Использует
Измерение воздушного потока необходимо во многих приложениях, таких как вентиляция (чтобы определить, сколько воздуха заменяется), пневматическая транспортировка (для контроля скорости воздуха и фазы транспортировки) [5] и двигателей (для управления соотношением воздух-топливо ).
Аэродинамика - это раздел гидродинамики (физики), который специально занимается измерением, моделированием и контролем воздушного потока. [3] Управление воздушным потоком имеет значение во многих областях, включая метеорологию , аэронавтику , медицину, [6] машиностроение , гражданское строительство , экологическую инженерию и строительную науку .
Воздушный поток в зданиях
В строительной науке к воздушному потоку часто обращаются с точки зрения его желательности, например, противопоставляя вентиляцию и инфильтрацию . Вентиляция определяется как желаемый поток свежего наружного приточного воздуха в другое, обычно внутреннее, пространство, наряду с одновременным выпуском отработанного воздуха из помещения на улицу. Это может быть достигнуто с помощью механических средств или пассивных стратегий (также известных как естественная вентиляция ). Напротив, инфильтрация воздуха характеризуется как неконтролируемый приток воздуха через недостаточно герметичную оболочку здания, обычно в сочетании с непреднамеренной утечкой кондиционированного воздуха изнутри здания наружу. [7]
Здания могут вентилироваться с использованием механических систем, пассивных систем или стратегий, либо их комбинации. [8]
Воздушный поток в системах механической вентиляции ( HVAC )
В механической вентиляции используются вентиляторы, чтобы стимулировать приток воздуха в здание и через него. Конфигурация и сборка воздуховодов влияют на скорость потока воздуха в системе. Демпферы, клапаны, соединения и другие геометрические или материальные изменения в воздуховоде могут привести к потерям потока. [2]
Пассивные стратегии для максимального увеличения воздушного потока
Стратегии пассивной вентиляции используют внутренние характеристики воздуха, в частности, тепловую плавучесть и перепады давления, для удаления отработанного воздуха из здания. Эффект стека приравнивается к использованию дымоходов или аналогичных высоких помещений с отверстиями в верхней части для пассивного втягивания отработанного воздуха вверх и из помещения благодаря тому факту, что воздух будет подниматься при повышении его температуры (при увеличении объема и понижении давления). Пассивная ветровая вентиляция зависит от конфигурации здания, ориентации и распределения отверстий, позволяющих использовать движение наружного воздуха. Перекрестная вентиляция требует стратегически расположенных отверстий, соответствующих местным ветрам.
Связь движения воздуха с тепловым комфортом и общим качеством окружающей среды в помещении (IEQ)
Воздушный поток является фактором, вызывающим беспокойство при проектировании с учетом стандартов теплового комфорта для людей (например, ASHRAE 55 ). Различная скорость движения воздуха может положительно или отрицательно повлиять на восприятие людьми тепла или прохлады и, следовательно, на их комфорт. [9] Скорость воздуха взаимодействует с температурой воздуха, относительной влажностью, температурой излучения окружающих поверхностей и людей, а также проводимостью их кожи, что приводит к определенным тепловым ощущениям.
Достаточный, правильно контролируемый и спроектированный воздушный поток (вентиляция) важен для общего качества окружающей среды в помещении (IEQ) и качества воздуха в помещении (IAQ), поскольку он обеспечивает необходимый приток свежего воздуха и эффективно удаляет отработанный воздух. [2]
Смотрите также
- Объемный расход
- Расходомер воздуха
- Демпфер (поток)
- Установка кондиционирования воздуха
- Динамика жидкостей
- Сила градиента давления
- Атмосфера Земли
- Анемометр
- Вычислительная гидродинамика
- Вентиляция (архитектура)
- Естественная вентиляция
- Проникновение (HVAC)
- Велосиметрия с отслеживанием частиц
- Ламинарный поток
- Турбулентный поток
- Ветер
Рекомендации
- ^ "Как разница в давлении воздуха вызывает ветры?" . ThoughtCo . Проверено 9 ноября 2017 .
- ^ a b c d ASHRAE, изд. Справочник по основам ASHRAE 2017 . Атланта, Джорджия: Американское общество инженеров в области отопления, кондиционирования и охлаждения, 2017.
- ^ а б «Аэродинамика - Введение в науку о воздушных потоках» . Объясни это . Проверено 9 ноября 2017 .
- ^ «Конверсия единиц воздушного потока» . Comairrotron.com . Проверено 10 июня 2014 .
- ^ «Объемно-массовый воздух в пневмотранспорте - PowderProcess.net» . Powderprocess.net . Проверено 11 июня 2019 .
- ^ «Воздушный поток» . oac.med.jhmi.edu . Проверено 9 ноября 2017 .
- ^ Axley, James W. «Жилая пассивные системы вентиляции: Оценка и Дизайн». Центр инфильтрации и вентиляции воздуха, Техническая записка 54 (2001).
- ^ Скьявон, Стефано (2014). «Дополнительная вентиляция: новое определение старого режима?» . Внутренний воздух . 24 (6): 557–558. DOI : 10.1111 / ina.12155 . PMID 25376521 .
- ^ Тофтум, Дж. (2004). «Движение воздуха - хорошо или плохо?». Внутренний воздух . 14 (s7): 40–45. DOI : 10.1111 / j.1600-0668.2004.00271.x . PMID 15330770 .