Πώς να υπολογίσετε την ταχύτητα του αέρα;

Η ταχύτητα του αέρα είναι η ταχύτητα κίνησης και κατεύθυνσης ενός όγκου αερίου και μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την εξίσωση που αναφέρει την αρχή του Bernoulli. Αυτή η αρχή της φυσικής εφαρμόστηκε αρχικά στη ροή υγρών. Καθορίζει τη σχέση μεταξύ ταχύτητας ροής και πίεσης - όταν η ταχύτητα αυξάνεται, η πίεση μειώνεται ταυτόχρονα. Σύμφωνα με το νόμο της εξοικονόμησης ενέργειας, η πίεση μπορεί επίσης να ερμηνευθεί ως η πιθανή ενέργεια του υγρού. Η αύξηση της ταχύτητας που συνοδεύεται από τη μείωση της πίεσης καταδεικνύει μεταφορά μηχανικής ενέργειας. Η συνολική ενέργεια του συστήματος που παρατηρείται δεν αλλάζει.

Συστήματα κλιματισμού

Αν και αρχικά είχε σχεδιαστεί για την κυκλοφορία των ρευστών, η αρχή του Bernoulli μπορεί να εφαρμοστεί στην κίνηση των αερίων. Η εξίσωση έχει διάφορες μορφές, καθεμία από τις οποίες προέρχεται από το πρωτότυπο ώστε να ταιριάζει στο είδος της ροής που μετράται και παρατηρείται. Υπάρχουν γενικά δύο τύποι ροής - συμπιέσιμο και ασυμπίεστο. Μια συμπιέσιμη ροή σημαίνει ότι η πυκνότητα του ρέοντος υγρού ή αερίου αλλάζει ενώ κινείται ενώ η ασυμπίεστη είναι ακριβώς το αντίθετο. Στην περίπτωση αεραγωγών και εξαρτημάτων σωληνώσεων αέρα των συστημάτων κλιματισμού, η κίνηση του αερίου λέγεται ότι είναι συμπιέσιμη. Αλλά στην αεροδυναμική, μπορεί να εφαρμοστεί η εξίσωση για ασυμπίεστη ροή.

1. Καταγράψτε τη στατική πίεση και την πυκνότητα του ρέοντος αερίου.
Η εξίσωση του Bernoulli έχει διάφορες μεταβλητές, οι τιμές των οποίων πρέπει να συμπληρωθούν. Ο ευκολότερος προσδιορισμός είναι η στατική πίεση και η πυκνότητα, καθώς αυτά μπορούν να αναζητηθούν στους τυπικούς πίνακες ατμόσφαιρας που εκπονήθηκαν από την Εθνική Συμβουλευτική Επιτροπή Αεροναυτικής των ΗΠΑ (NACA). Αυτοί οι πίνακες μπορούν εύκολα να αναζητηθούν και να ληφθούν από το Διαδίκτυο. Αναζητήστε το συγκεκριμένο υψόμετρο (αναφέρεται στο πρόβλημα) και δείτε την αντίστοιχη στατική πίεση και πυκνότητα ροής αέρα.

2. Υπολογίστε τη συνολική πίεση.
Η επόμενη τιμή που θα καθοριστεί είναι η συνολική πίεση. Σύμφωνα με την αρχή του Μπερνούλι, αυτό είναι το άθροισμα της στατικής πίεσης και της δυναμικής πίεσης. Για προβλήματα στην τάξη, αυτή η τιμή δίνεται συνήθως. Στον τομέα της αεροδυναμικής, η συνολική πίεση μετριέται με σωλήνα Pitot. Αυτό είναι ένα όργανο μέτρησης πίεσης εγκατεστημένο σε αεροσκάφη και βοηθά τους πιλότους να προσδιορίσουν την ταχύτητα του αέρα.

3. Εισαγάγετε τις τιμές και υπολογίστε την ταχύτητα του αέρα.
Η εξίσωση του Bernoulli για ασυμπίεστες ροές περιέχει πραγματικά μια μεταβλητή για το βαρυτικό δυναμικό. Σε αυτήν τη μεταβλητή περιλαμβάνεται μία για ανύψωση. Αλλά στην αεροδυναμική αυτή η μεταβλητή συνήθως πέφτει καθώς τα περισσότερα αεροσκάφη πετούν σε σταθερό επίπεδο. Έτσι, με τιμές στατικής πίεσης, πυκνότητας και ολικής πίεσης, το μόνο άγνωστο που απομένει είναι η ταχύτητα του αέρα. Με τη μαθηματική εξαγωγή μιας μορφής της εξίσωσης όπου η μεταβλητή για την ταχύτητα του αέρα είναι η μόνη που μένει στη μία πλευρά της εξίσωσης, οι καθορισμένες τιμές μπορούν να επιλυθούν και έτσι να φτάσουν στην ποσότητα για την ταχύτητα του αέρα.

Η κίνηση των αερίων σε περιβλήματα όπως αγωγοί αέρα και σωλήνες εμπίπτει στον τύπο συμπιέσιμης ροής. Ο υπολογισμός της ταχύτητας του αέρα σε τέτοιες περιπτώσεις είναι πιο περίπλοκος. Δεδομένου ότι η πυκνότητα αλλάζει σε διάφορα σημεία του περιβλήματος, ο όγκος και η πίεση αλλάζουν επίσης, και κατά συνέπεια το ίδιο ισχύει και για την ταχύτητα του αέρα. Η ταχύτητα του αέρα των ρέοντων αερίων στα περιβλήματα είναι επομένως ένας μέσος όρος, που καθορίζεται μέσω μιας στατιστικής μορφής της αρχής του Bernoulli και όχι μέσω της αρχικής απλής γραμμικής εξίσωσης. Ανάλογα με το πόσο περίπλοκο είναι το κλειστό σύστημα, μπορεί πραγματικά να υπάρχει τεράστιος αριθμός δεδομένων που πρέπει να αναλυθούν. Οι μηχανικοί χρησιμοποιούν μοντέλα με τη βοήθεια υπολογιστή για την επίλυση τέτοιων υπολογισμών.