Proud vzduchu - Airflow

Proud vzduchu, neboli proudění vzduchu , je pohyb vzduchu. Primární příčinou proudění vzduchu je existence vzduchu . Vzduch se chová tekutým způsobem, což znamená, že částice přirozeně proudí z oblastí s vyšším tlakem do těch, kde je tlak nižší. Atmosférický tlak vzduchu přímo souvisí s nadmořskou výškou , teplotou a složením.

Ve strojírenství je průtok vzduchu měřením množství vzduchu za jednotku času, který protéká konkrétním zařízením. Proud vzduchu může být indukován mechanickými prostředky (například provozem elektrického nebo ručního ventilátoru) nebo může probíhat pasivně jako funkce tlakových rozdílů přítomných v prostředí.

Typy proudění vzduchu

Jako každá tekutina může vzduch vykazovat laminární i turbulentní proudění. Laminární proudění nastává, když vzduch může proudit hladce, a vykazuje profil parabolické rychlosti ; turbulentní proudění nastává, když dojde k nepravidelnosti (jako je narušení povrchu, přes který proudí tekutina), které mění směr pohybu. Turbulentní proudění vykazuje plochý profil rychlosti.

Reynoldsovo číslo , poměr ukazuje vztah mezi viskózní a setrvačných sil v kapalině, mohou být použity k predikci přechodu z laminárního proudění na turbulentní. Tento počet a související koncepty lze použít ke studiu toku v systémech všech měřítek.

Rychlost, kterou tekutina protéká kolem předmětu, se mění se vzdáleností od povrchu předmětu. Oblast obklopující objekt, kde se rychlost vzduchu blíží nule, je známá jako mezní vrstva . Právě zde povrchové tření nejvíce ovlivňuje tok; nepravidelnosti povrchů mohou ovlivnit tloušťku mezní vrstvy, a proto narušují tok.

Jednotky

Typickými jednotkami pro vyjádření proudění vzduchu jsou:

Podle objemu

l/s ( litry za sekundu )
m ³ /h ( kubické metry za hodinu )
ft ³ /h ( kubické stopy za hodinu)
ft ³ /min ( krychlové stopy za minutu, alias CFM)

Hromadně

kg/s ( kilogramy za sekundu )

Průtok vzduchu lze také popsat z hlediska výměny vzduchu za hodinu (ACH), což ukazuje na úplnou náhradu objemu vzduchu, který vyplňuje daný prostor.

Měření

Přístroj, který měří průtok vzduchu, se nazývá průtokoměr . Anemometry se také používají k měření rychlosti větru a vnitřního proudění vzduchu.

Existuje celá řada typů, včetně anemometrů s přímou sondou, určených k měření rychlosti vzduchu, diferenčního tlaku, teploty a vlhkosti; anemometry s rotujícími lopatkami , používané k měření rychlosti vzduchu a objemového toku; a anemometry horké sféry.

Anemometry mohou k měření přenosu energie mezi měřicím zařízením a procházejícími částicemi používat ultrazvuk nebo odporový drát. Anemometr s horkým drátem například zaznamenává pokles teploty drátu, který lze převést na rychlost proudění vzduchu analýzou rychlosti změny. Některé nástroje jsou schopné vypočítat průtok vzduchu, teplotu vlhkého teploměru, rosný bod a turbulence.

Simulace

Proudění vzduchu lze simulovat pomocí modelování CFD ( Computational Fluid Dynamics ) nebo experimentálně pozorovat provoz aerodynamického tunelu . Toho lze využít k předpovídání vzorců proudění vzduchu kolem automobilů, letadel a námořních plavidel a také k pronikání vzduchu obálkou budovy.

Řízení

Jeden typ zařízení, které reguluje proudění vzduchu v potrubí, se nazývá tlumič . Klapku lze použít ke zvýšení, snížení nebo úplnému zastavení proudění vzduchu. Složitějším zařízením, které dokáže nejen regulovat proudění vzduchu, ale také má schopnost generovat a upravovat proudění vzduchu, je vzduchový manipulátor .

Využití

Měření průtoku vzduchu je nezbytné v mnoha aplikacích, jako je ventilace (k určení, kolik vzduchu se nahrazuje), pneumatická doprava (pro řízení rychlosti vzduchu a fáze přepravy) a motory (pro ovládání poměru vzduch -palivo ).

Aerodynamika je obor dynamiky tekutin (fyzika), který se konkrétně zabývá měřením, simulací a řízením proudění vzduchu. Správa proudění vzduchu se týká mnoha oblastí, včetně meteorologie , letectví , medicíny, strojírenství , stavebnictví , environmentálního inženýrství a stavebnictví .

Proudění vzduchu v budovách

Ve stavebnictví je proudění vzduchu často řešeno z hlediska jeho vhodnosti, například v kontrastní ventilaci a infiltraci . Větrání je definováno jako požadovaný proud čerstvého venkovního přiváděného vzduchu do jiného, obvykle vnitřního prostoru, spolu se současným vytlačováním odpadního vzduchu z interiéru do exteriéru. Toho lze dosáhnout mechanickými prostředky nebo pasivními strategiemi (také známými jako přirozené větrání ). Naproti tomu je infiltrace vzduchu charakterizována jako nekontrolovaný příliv vzduchu přes nedostatečně utěsněný plášť budovy, obvykle spojený s neúmyslným únikem upraveného vzduchu z interiéru budovy do exteriéru.

Budovy lze větrat pomocí mechanických systémů, pasivních systémů nebo strategií nebo kombinací těchto dvou.

Proudění vzduchu v mechanických ventilačních systémech ( HVAC )

Mechanická ventilace využívá ventilátory k indukci proudění vzduchu do budovy a skrz ni. Konfigurace a montáž potrubí ovlivňuje průtok vzduchu systémem. Tlumiče, ventily, spoje a jiné geometrické nebo materiálové změny v potrubí mohou vést ke ztrátám průtoku.

Pasivní strategie pro maximalizaci proudění vzduchu

Strategie pasivní ventilace využívají výhod inherentních charakteristik vzduchu, konkrétně tepelného vztlaku a tlakových rozdílů, k evakuaci odpadního vzduchu z budovy. Efekt stohování se rovná použití komínů nebo podobných vysokých prostor s otvory v horní části k pasivnímu nasávání odpadního vzduchu nahoru a ven z prostoru, díky tomu, že vzduch stoupá, když se zvyšuje jeho teplota (jak se zvyšuje objem a tlak klesá). Vítrem poháněná pasivní ventilace využívá konfiguraci budovy, orientaci a distribuci clony, aby mohla využívat výhod pohybu venkovního vzduchu. Křížová ventilace vyžaduje strategicky umístěné otvory zarovnané s místními vzory větru.

Vztah pohybu vzduchu k tepelné pohodě a celkové kvalitě vnitřního prostředí (IEQ)

Proudění vzduchu je při navrhování tak, aby splňovalo standardy tepelné pohody cestujících (jako je ASHRAE 55 ), znepokojujícím faktorem . Různé rychlosti pohybu vzduchu mohou pozitivně nebo negativně ovlivnit vnímání tepla nebo chladu jednotlivců, a tím i jejich pohodlí. Rychlost vzduchu interaguje s teplotou vzduchu, relativní vlhkostí, sálavou teplotou okolních povrchů a osob a vodivostí pokožky cestujících, což má za následek zejména tepelné pocity.

Dostatečný, řádně regulovaný a navržený průtok vzduchu (ventilace) je důležitý pro celkovou kvalitu vnitřního prostředí (IEQ) a kvalitu vnitřního ovzduší (IAQ), protože zajišťuje potřebný přísun čerstvého vzduchu a účinně odvádí odpadní vzduch.

Languages

In other projects