Wenn man Luft als Kombination einer großen Anzahl von Molekülen betrachtet, kann man sie als kontinuierliches Medium bezeichnen. Darin können einzelne Partikel miteinander in Kontakt kommen. Diese Darstellung ermöglicht es, die Untersuchungsmethoden der Luft erheblich zu vereinfachen. In der Aerodynamik gibt es so etwas wie die Umkehrbarkeit der Bewegung, die im Bereich der Experimente für Windkanäle und in theoretischen Studien unter Verwendung des Konzepts der Luftströmung weit verbreitet ist.
Wichtiges Konzept der Aerodynamik
Nach dem Prinzip der Umkehrbarkeit der Bewegung können wir statt der Bewegung eines Körpers in einem ruhenden Medium den Verlauf des Mediums in Bezug auf einen bewegungslosen Körper betrachten.
Die Geschwindigkeit der einfallenden ungestörten Strömung in Rückwärtsbewegung ist gleich der Geschwindigkeit des Körpers selbst in ruhender Luft.
Für einen Körper, der sich in ruhender Luft bewegt, sind die aerodynamischen Kräfte dieselben wie für einen stationären(statischer) Körper, der einem Luftstrom ausgesetzt ist. Diese Regel funktioniert unter der Voraussetzung, dass die Geschwindigkeit des Körpers im Verhältnis zur Luft gleich ist.
Was ist Luftstrom und was sind die Grundkonzepte davon
Es gibt verschiedene Methoden, um die Bewegung von Gas- oder Flüssigkeitsteilchen zu untersuchen. In einem davon werden Stromlinien untersucht. Bei dieser Methode muss die Bewegung einzelner Teilchen zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Punkt im Raum betrachtet werden. Die gerichtete Bewegung von Partikeln, die sich zufällig bewegen, ist ein Luftstrom (ein in der Aerodynamik weit verbreitetes Konzept).
Die Bewegung des Luftstroms wird als stetig angesehen, wenn an irgendeinem Punkt in dem Raum, den er einnimmt, die Dichte, der Druck, die Richtung und die Größe seiner Geschwindigkeit im Laufe der Zeit unverändert bleiben. Wenn sich diese Parameter ändern, wird die Bewegung als instationär betrachtet.
Die Stromlinie ist wie folgt definiert: Die Tangente an jedem Punkt an sie fällt mit dem Geschwindigkeitsvektor an demselben Punkt zusammen. Die Gesamtheit solcher Stromlinien bildet einen Elementarstrahl. Es ist in einem Rohr eingeschlossen. Jedes einzelne Rinnsal kann isoliert und als isoliert von der gesamten Luftmasse strömend dargestellt werden.
Wenn der Luftstrom in Ströme unterteilt wird, können Sie seine komplexe Strömung im Raum visualisieren. Die grundlegenden Bewegungsgesetze lassen sich auf jeden einzelnen Strahl übertragen. Es geht um die Erh altung von Masse und Energie. Unter Verwendung der Gleichungen für diese Gesetze kann man eine physikalische Analyse der Wechselwirkungen von Luft und einem festen Körper durchführen.
Geschwindigkeit und Art der Bewegung
Bezüglich der Art der Strömung ist die Luftströmung turbulent und laminar. Wenn sich die Luftströme in die gleiche Richtung bewegen und parallel zueinander verlaufen, handelt es sich um eine laminare Strömung. Wenn die Geschwindigkeit von Luftpartikeln zunimmt, beginnen sie, zusätzlich zur Translation, andere sich schnell ändernde Geschwindigkeiten zu haben. Es entsteht ein Teilchenstrom senkrecht zur Translationsrichtung. Das ist die chaotisch-turbulente Strömung.
Die Formel zur Messung des Luftstroms beinh altet den Druck, der auf viele Arten bestimmt wird.
Die Geschwindigkeit einer inkompressiblen Strömung wird aus der Abhängigkeit der Differenz zwischen Gesamt- und statischem Druck in Abhängigkeit von der Dichte der Luftmasse ermittelt (Bernoulli-Gleichung): v=√2(p 0-p)/p
Diese Formel funktioniert für Strömungen bis zu 70 m/s.
Die Luftdichte wird durch das Nomogramm von Druck und Temperatur bestimmt.
Druck wird normalerweise mit einem Flüssigkeitsmanometer gemessen.
Die Luftströmungsrate wird entlang der Länge der Rohrleitung nicht konstant sein. Wenn der Druck abnimmt und das Luftvolumen zunimmt, nimmt es ständig zu und trägt zu einer Erhöhung der Geschwindigkeit der Materialpartikel bei. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit größer als 5 m/s ist, können zusätzliche Geräusche in den Ventilen, Rechteckbögen und Gittern des durchströmten Geräts auftreten.
Energieanzeige
Die Formel, nach der die Kraft bestimmt wirdLuftstrom (frei), ist wie folgt: N=0,5SrV³ (W). Dabei ist N die Leistung, r die Luftdichte, S die angeströmte Fläche des Windrades (m²) und V die Windgeschwindigkeit (m/s).
Aus der Formel ist ersichtlich, dass die Ausgangsleistung proportional zur dritten Potenz des Luftdurchsatzes ansteigt. Wenn sich also die Geschwindigkeit um das 2-fache erhöht, erhöht sich die Leistung um das 8-fache. Daher wird bei niedrigen Durchflussraten eine kleine Energiemenge vorhanden sein.
Alle Energie aus der Strömung, die zB der Wind erzeugt, kann nicht entnommen werden. Tatsache ist, dass der Durchgang durch das Windrad zwischen den Flügeln ungehindert ist.
Der Luftstrom hat, wie jeder sich bewegende Körper, die Energie der Bewegung. Es hat eine bestimmte Menge an kinetischer Energie, die sich bei der Umwandlung in mechanische Energie umwandelt.
Faktoren, die das Volumen des Luftstroms beeinflussen
Die maximal zulässige Luftmenge hängt von vielen Faktoren ab. Dies sind die Parameter des Geräts selbst und des umgebenden Raums. Wenn es sich beispielsweise um eine Klimaanlage handelt, hängt der maximale Luftstrom, der von Geräten in einer Minute gekühlt wird, erheblich von der Größe des Raums und den technischen Eigenschaften des Geräts ab. Bei großen Flächen ist alles anders. Um sie zu kühlen, sind intensivere Luftströme erforderlich.
Bei Lüftern sind Durchmesser, Drehzahl und Flügelgröße, Drehzahl, Material, das bei der Herstellung verwendet wird, wichtig.
BIn der Natur beobachten wir Phänomene wie Tornados, Taifune und Tornados. Dies sind alles Luftbewegungen, die bekanntermaßen Stickstoff-, Sauerstoff- und Kohlendioxidmoleküle sowie Wasser, Wasserstoff und andere Gase enth alten. Auch das sind Luftströmungen, die den Gesetzen der Aerodynamik gehorchen. Wenn sich beispielsweise ein Wirbel bildet, hören wir die Geräusche eines Düsentriebwerks.
