Параметры воздушного потока

Под действием вентилятора в трубопроводе создается воздушный поток. Важными параметрами воздушного потока являются его скорость, давление, плотность, массовый и объемный расходы воздуха.

Расходы воздуха объемный Q, м³/с, и массовый М, кг/с, связаны между собой следующим образом:

; , (3)

где F – площадь поперечного сечения трубы, м²;

v – скорость воздушного потока в заданном сечении, м/с;

ρ – плотность воздуха, кг/м³.

Давление в воздушном потоке различают статическое, динамическое и полное.

Статическим давлением Р_ст принято называть давление частиц движущегося воздуха друг на друга и на стенки трубопровода. Статическое давление отражает потенциальную энергию воздушного потока в том сечении трубы, в котором оно измерено.

Динамическое давление воздушного потока Р_дин, Па, характеризует его кинетическую энергию в сечении трубы, где оно измерено:

.

Полное давление воздушного потока определяет всю его энергию и равно сумме статического и динамического давлений, измеренных в одном и том же сечении трубы, Па:

Р = Р_ст + Р_д.

Отсчет давлений можно вести либо от абсолютного вакуума, либо относительно атмосферного давления. Если давление отсчитывается от нуля (абсолютного вакуума), то оно называется абсолютным Р. Если давление измерять относительно давления атмосферы, то это будет относительное давление Н.

Н = Н_ст + Р_д.

Атмосферное давление равно разности полных давлений абсолютного и относительного

Р_атм = Р – Н.

Давление воздуха измеряют Па (Н/м²), мм водяного столба или мм ртутного столба:

1 мм вод. ст. = 9,81 Па; 1 мм рт. ст. = 133,322 Па. Нормальное состояние атмосферного воздуха соответствует следующим условиям: давление 101325 Па (760 мм рт. ст.) и температура 273К.

Плотность воздуха есть масса единицы объема воздуха. По уравнению Клайперона плотность чистого воздуха при температуре 20ºС

кг/м³.

где R – газовая постоянная, равная для воздуха 286,7 Дж/(кг × К); T – температура по шкале Кельвина.

Уравнение Бернулли. По условию неразрывности воздушного потока расход воздуха постоянен для любого сечения трубы. Для сечений 1, 2 и 3 (рис. 6) это условие можно записать так:

;

. (4)

При изменении давления воздуха в пределах до 5000 Па плотность его остается практически постоянной.

В связи с этим:

;

Q₁ = Q₂ = Q₃.

Изменение давления воздушного потока по длине трубы подчиняется закону Бернулли. Для сечений 1, 2 можно написать

(5)

где D р _1,2 – потери давления, вызванные сопротивлением потока о стенки трубы на участке между сечениями 1 и 2, Па.

С уменьшением площади поперечного сечения 2 трубы скорость воздуха в этом сечении увеличится, так что объемный расход останется неизменным. Но с увеличением v ₂ возрастет динамическое давление потока. Для того, чтобы равенство (5) выполнялось, статическое давление должно упасть ровно на столько, на сколько увеличится динамическое давление.

При увеличении площади сечения динамическое давление в сечении упадет, а статическое ровно на столько же увеличится. Полное же давление в сечении останется величиной неизменной.