Поток воздуха - Airflow

Поток воздуха, или же поток воздуха, это движение воздуха. Основная причина воздушного потока - наличие воздуха. Воздух ведет себя в жидкость Это означает, что частицы естественным образом перетекают из областей с более высоким давлением в те, где давление ниже. Атмосферное давление воздуха напрямую зависит от высоты, температуры и состава.^[1]

В инженерное дело, воздушный поток - это мера количества воздуха за единицу времени, которое проходит 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 проявлять как ламинарный и бурный схемы потока. Ламинарный поток возникает, когда воздух может течь плавно, и проявляет 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]

В Число Рейнольдса, соотношение, указывающее на взаимосвязь между вязкий и инерционные силы в жидкости, может использоваться для прогнозирования перехода от ламинарного к турбулентному потоку. Это число и связанные с ним понятия могут применяться для изучения потока в системах любого масштаба.

Скорость, с которой жидкость проходит мимо объекта, зависит от расстояния от поверхности объекта. Область вокруг объекта, где скорость воздуха приближается к нулю, называется пограничный слой.^[3] Именно здесь поверхностное трение больше всего влияет на поток; неровности поверхностей могут влиять на толщину пограничного слоя и, следовательно, нарушать поток.^[2]

Единицы

Типичными единицами измерения воздушного потока являются:^[4]

По объему

л / с (литры на второй )
м³/ ч (кубометры на час )
футов³/ час (кубический фут в час)

По массе

кг / с (килограммы на второй )

Воздушный поток также можно описать с точки зрения воздухообмен в час (ACH), указывающий на полную замену объема воздуха, заполняющего рассматриваемое пространство.

Измерение

Прибор, измеряющий воздушный поток, называется измеритель расхода воздуха. Анемометры также используются для измерения скорости ветра и воздушного потока в помещении.

Существует множество типов, в том числе анемометры с прямым зондом, предназначенные для измерения скорости воздуха, перепада давления, температуры и влажности; вращающаяся лопасть анемометры, используется для измерения скорости воздуха и объемного расхода; 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 перевести 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 Вычислительная гидродинамика (CFD) моделирование, или наблюдаемое экспериментально с помощью аэродинамическая труба. Это может быть использовано для прогнозирования схем воздушного потока вокруг автомобилей, самолетов и морских судов, а также проникновения воздуха в ограждающие конструкции здания.

Контроль

Один из видов оборудования, регулирующего воздушный поток в воздуховодах, называется демпфер. 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 кондиционировать воздушный поток, является 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 двигатели (для управления Соотношение воздух-топливо ).

Аэродинамика - это отрасль гидродинамика (физика) это конкретно касается измерения, моделирования и управления воздушным потоком.^[3] Управление воздушным потоком имеет значение во многих областях, в том числе метеорология, воздухоплавание, лекарство,^[6] машиностроение, гражданское строительство, инженерия окружающей среды и строительная наука.

Воздушный поток в зданиях

В строительной науке воздушный поток часто рассматривается с точки зрения его желательности, например, в противопоставлении вентиляция и проникновение. Вентиляция определяется как желаемый поток свежего наружного приточного воздуха в другое, обычно внутреннее, пространство 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]

Расход воздуха в системах механической вентиляции (HVAC )

В механической вентиляции используются вентиляторы, которые вызывают 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 преимущества присущих воздуху характеристик, 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, что воздух поднимается при повышении его температуры (при увеличении объема и понижении давления). Пассивная ветровая вентиляция зависит от конфигурации здания, ориентации и распределения отверстий, чтобы 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 беспокойства 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 влияет на температуру воздуха, относительную влажность, лучистую температуру окружающих поверхностей и людей, а также проводимость кожи людей, что приводит к возникновению особых тепловых ощущений.

Достаточный, правильно контролируемый и спроектированный воздушный поток (вентиляция) важен для общего Качество окружающей среды в помещении (IEQ) и качества воздуха в помещении (IAQ), поскольку он обеспечивает необходимый приток свежего воздуха и эффективно отводит отработанный воздух.^[2]