بلاگ

انواع فشار در کانال سازی

فشار در کانال سازی

اکنون شما می دانید که چگونه سرعت هوا (FPM) و مساحت کانال بر مقدار هوای جاری در کانال (CFM) تاثیر می گذارند. همچنین آموختید که برای جریان یافتن هوا در کانال اختلاف فشار در کانال سازی(بر حسب “wg) لازم است. اما هوامل دیگری هستند که آن ها هم بر جریان هوا در کانال تاثیر می گذارند.

انواع فشار در کانال سازی

هر وقت که هوا در کانال جریان می یابد، سه نوع فشار هوا با جریان هوا مرتبط هستند:

  • فشار استاتیک
  • فشار سرعتی
  • فشار کل

دو عامل موجب افت فشار در کانال سازی(مقاومت) در کانال می شوند:

  • افت اصطکاکی
  • افت دینامیکی

این فصل به بررسی این سه نوع فشار هنگام حرکت هوا در کانال می پردازد. همچنین در مورد این که چگونه افت فشار در کانال سازی اتفاق می افتد و این افتادها چگونه بر برجریان هوا تاثیر می گذارند بحث می شود.

فشار جو

قسمتی از کانال مستقیمی را در نظر بگیرید که دو سرش باز است (شکل1). هیچ هوایی در کانال جریان نمی یابد چون اختلاف فشاری وجود ندارد. در کانال فشار وجود دارد، اما با فشار در دو سر و همچنین بیرون و داخل کانال برابر است. این فشار در کانال سازی، فشار معمولی هوا است که به آن فشار جو می گوییم.

فشار جو در سطح دریا 14.7 psi (پوند بر اینچ مربع) است. با ارتفاع گرفتن از سطح دریا، هوای کمتری بالای شما وجود دارد و فشار جو کمتر می شود. در ارتفاع 5000 فوتی فشار جو 12.25 psi است.

فشار جو همیشه وجود دارد. برای فشار کانال، فشار جو را نقطه صفر در نظر می گیریم:

  • فشار مثبت کانال، بیشتر از فشار جو است. فشار در کانال سازی به مقدار 1 “wg یعنی اینکه فشار در کانال 0.1 “wg بیشتر از فشارجو است
  • فشار کانال منفی کمتر از فشار جو است. فشار کانال به مقدار -0.1 wg یعنی اینکه فشار در کانال سازی 1”wg کمتر از فشار جو است

از آنجا که فشار جو به عنوان مبدا در نظر گرفته می شود، در محاسبات این کتاب تاثیری ندارد. البته اختلاف در فشار جو در ارتفاعات  بالای سطح دریا در محاسبات پیشرفته تر بررسی می شود. این محاسبات نیز به دانستن وزن یک فوت مکعب هوا دارند. در ارتفاعات بالاتر وزن ها کمتر می شوند

شکل-1

فشار سرعتی

حال یک بادزن را به انتهای کانال وصل می کنیم (شکل 2). وقتی که بادزن کار می کند تیغه های بادزن با اعمال فشار به هوا آن را کمی فشرده می کنند. هوا وزن دارد.همینطور که هل دادن یک اتومبیل نیاز به فشار دارد، برای راندن هوا هم فشار در کانال سازی لازم است.

از آن جا که هوا در خروجی بادزن  (ورودی کانال) تحت فشاری بیش از فشار جو است، هوا در انتهای باز کانال،  از فشار بیشتر به سمت فشار کمتر حرکت می کند. (شکل 2)

به فشار ناشی از حرکت هوا در کانال، فشار سرعتی می گویند. منظور از سرعت، تندی حرکت است. هرچه سرعت حرکت هوا بیشتر باشد، فشار سرعتی بیشتر است.

در هوای آزاد، وقتی که وزش باد را احساس می کنید، این فشار سرعتی هوا است که شما احساس می کنید. فشار سرعتی ناشی از باد موجب حرکت شاخه های درختان و پرواز بادبک می شود.

فشار استاتیک

هوای رانده شده توسط بادزن بر کناره های کانال هم فشار وارد می کند به این فشار در کانال سازی، فشار استاتیک می گویند. استاتیک یعنی بدون وجود حرکت بک بادکنک را در نظر بگیرید (شکل3). یک بادکنک در هوا شناور می ماند چون هوای داخل آن در همه جهات به آن نیرو وارد می کند. به همین صورت، قسمتی از فشار بادزن، فشار استاتیک است که بر کناره های کانال فشار وارد می کند. (شکل 4)

 

                         شکل-2     

                        شکل-4   شکل-5

اگر بادکنک را رها کنید، آنقدر در هوا می ماند تا هوای آن خالی شود (شکل5). این به دلیل این است که فشار استاتیک داخل بادکنک از بین می رود. با خروج هوا از بادکنک، فشار استاتیک به فشار سرعتی تبدیل می شود. عکس العمل فشار سرعتی بادکنک را به پرواز در می آورد تا زمانی که دیگر فشار استاتیکی باقی نماند.

توجه به فشار استاتیک هنگام ساخت کانال مساله مهمی است. مواردی بوده است که کانال به علت ساخته شدن از ماده ای ضعیف توان تحمل فشار استاتیک ناشی از بادزن را نداشته است.فشار استاتیک خیلی زیاد موجب شکم دادن دیواره کانال شده (شکل6)، منجر به ایجاد خسارت می گردد

شکل-6

فشار کل

فشار کل در کانال، مجموع فشار استاتیک و فشار سرعتی است. یعنی ما در کانال با سه نوع فشار در کانال سازی سرو کار داریم.

  • فشار استاتیک (SP): فشار روی دیواره های کانال
  • فشار سرعتی (VP): فشاری که ناشی از حرکت هوا در کانال است.
  • فشار کلی (TP): فشار کلی هوا است. فشار کلی برابر حاصل جمع فشار سرعتی (VP) و فشار استاتیک (SP) است:

TP=SP+VP

اگر فشار کلی ثابت بماند، با تغییر یکی از دو فشار دیگر، آن یکی فشار در کانال سازی در جهت مخالف تغییر می ند. مثلاً اگر TP ثابت باشد، با افزایش SP،VP کاهش می یابد. اگر SP افزایش پیدا کند، VP کاهش پیدا خواهد کرد

 

تغییرات فشار در کانال سازی

مقاومت

یک بادزن را در نظر بگیرید که 5 متر کانال مستقیم و غیر قابل نفوذ در برابر هوا به خروجی آن متصل شده است. مقدار هوا بر حسب CFM (متر مکعب در دقیقه) در خروجی بادزن و در انتهای کانال برابر خواهند بود. با این وجود، اگر صد فوت به کانال اضافه کنید، حجم کمتری از هوا در انتهای کانال وجود خواهد داشت، اگر چه فشار در خروجی بادزن ثابت خواهند بود. اگر به اضافه کردن به طول کانال ادامه دهید، در نقطه ای هوای خروجی از کانال بسیار کم خواهد بود.

این به خاطر وجود مقاومت در برابر طراحی کانال هوا است. مقاومت در برابر حرکت هوا در کانال به علت افت های اصطکاکی و همچنین افت دینامیک ناشی از آشفتگی جریان می باشد، منظور از آشفتگی جریان، هرگونه تغییر در جهت یا سرعت حرکت جریان هوا است.

افت های اصطکاکی

وقتی که آب در رودخانه جریان می یابد، با تماس پیداکردن آب با کف رودخانه ایجاد اصطکاک می نماید. به علت وجود اصطکاک ، آب کف رودخانه آهسته تر از آب در مرکز رودخانه حرکت می کند. به همین صورت، با عبور جریان هوا از کانال، فشار استاتیک هوا را به کناره های کانال می فشارد. مالش هوا به کناره های کانال موجب بروز اصطکاک می شود. این اصطکاک موجب افت در فشار استاتیک می شودو به این افت، افت اصطکاکی می گویند.

فشار کل در خروجی بادزن بیشترین مقدار را دارد و به خاطر وجود افت اصطکاکی، با حرکت هوای داخل کانال کاهش می یابد.

در یک کانال مستقیم بدون تغییر در ابعاد، سرعت هوا و فشار سرعتی ناشی از آن ثابت می مانند. اما اصطکاک موجب افت فشار استاتیک می گردد. شکل 7 کانالی مستقیم با انتهای باز را نشان می دهد. در خروجی بادزن ( نقطه A)، فشار کلی بیشترین مقدار خود را دارد. VIP در طول کانال ثابت می ماند، اما اصطکاک موجب کاهش فشار استاتیک می گردد. در خروجی کانال (نقطه B)، فشار استاتیک از بین می رود. در این نقطه ، فشار کلی برابر فشار سرعتی است.

افت های دینامیکی

همیشه در جریان آب جاری در یک رود مقداری آشفتگی وجود دارد. تکه سنگ های بزرگ یا ریشه درختان موجب چرخش آب اطراف آن می شوند. وجود خمیدگی تند سر راه جریان موجب وجود جریان های گردبادی می شوند. همه این عوامل موجب آشفتگی جریان صاف آب می شوند.

شکل-7

جریان هوا در کانال دقیقا به همین شکل حرکت می کند. وجود تیغه ها و شبکه ها سر راه هوا موجب گردباد ها و چرخانه ها در هوا می شوند. یک زانویی موجب شکستگی مسیر حرکت هوا می شود. همه این عوامل موجب آشفتگی جریان هوا می شوند (شکل8) هرگونه افت ناشی از آشفتگی جریان هوا افت دینامیکی نامیده می شود

افت های دینامیکی به علت وجود هرگونه تغییر در سرعت یا جهت حرکت هوا به خاطر وجود کویل ها، زانویی ها، دو خم ها ایجاد می شوند. هر تغییری در سرعت یا جهت حرکت هوا منجر به افت دینامیکی می گردد.

طراحان از جداولی استفاده می کنند که میزان افت دینامیکی بر اثر وجود اتصالات را تخمین می زنند.

افت های دینامیکی ناشی از تغییر ابعاد کانال

هر تغییری در ابعاد کانال سرعت را تغییر می دهد، بنابر این تغییر ابعاد منجر به دینامیکی می شود.

شکل-8

جریان هوا را با حرکت آب در رودخانه مقایسه کنید. وقتی که محل عبور آب باریک می شود، آب سریع تر حرکت می کند. وقتی که این مسیر عریض شود، سرعت آب کهش می یابد. به همین صورت، اگر اندازه کانال کوچکتر شود، سرعت (FPM) و فشار سرعتی (VP) ناشی از آن افزایش می یابد. اگر اندازه کانال بزرگتر شود ، سرعت و در نتیجه فشار سرعتی کاهش پیدا می کنند. این معادله را به یاد بیاورید:

سرعت * مساحت = مقدار هوا

اگر مقدار هوا ثابت بماند، با افزایش مساحت، سرعت باید کاهش پیدا کند. وقتی که مساحت کاهش پیدا کند، سرعت باید افزایش پیدا کند.

شکل 9 نشان می دهد که وقتی ابعاد کانال تغییر می کند چه اتفاقی می افتد:

  • در نقطه A ، هنوز هیچ افت اصطکاکی یا داینامیکی روی نداده است، بنابر این فشار کلی حداکثر مقدار خود را دارد. مقدار VP به اندازه کانال و CFM انتقالی دارد. بقیه فشارکلی از فشار استاتیک تشکیل می شود.
  • از نقطه A تا B ، کانال مستقیم است و تغییر اندازه ندارد. از A تا B، مقدار VP ثابت می ماند چون سرعت تغییری نمی کند. از نقطه A تا B به علت افت های اصطکاکی فشار استاتیکی کاهش پیدا می کند. افت فشار در این مرحله فقط شامل استاتیک می گردد
  • از نقطه B تا نقطه C، کانال کوچکتر می شود، بنابر این VP ثابت می ماند چون سرعت تغییر نمی کند. فشار استاتیکی کاهش پیدا می کند، اما افت کمتر از آن چیزی است که از B تا C بود، چون آنجا تغییر اندازه کانال وجود داشت. فشار کلی فقط مقدار کمی کاهش پیدا می کند.

شکل-9

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *


نیازمند نیروی متخصص در زمینه ساخت و نصب کانال می باشیم . در صورت تمایل با شماره تلفن های ما تماس حاصل فرمایید.