Отпорност на дишните патишта. Отпорност на белите дробови. Проток на воздух. Ламинарен проток. Турбулентен проток. Ефект на светлото на операционата сала врз ламинарниот проток на воздух во операционата сала Турбулентен и ламинарен проток на воздух
За да се намали загадувањето во чистите простории од висока класа, се користат специјални системи за вентилација во кои протокот на воздухот се движи од врвот до дното без турбуленции, т.е. ламинарен. Со ламинарен проток на воздух, честичките од нечистотија од луѓето и опремата не се расфрлаат низ просторијата, туку се собираат во проток во близина на подот.
|
|
|
|
Шема на проток на воздух за „Турбулентна чиста соба“ |
Шема на проток на воздух за „Cleanroom Laminar Flow“ |
Конструкции
Општо земено, чистите соби ги вклучуваат следните основни елементи:
оградувачки ѕидни конструкции (рамка, слепи и застаклени ѕидни панели, врати, прозорци);
запечатени тавани од панели и касети со вградени растерски светилки;
антистатички подови;
Покривање на подот со чиста зона Clean-Zone се испорачува во стандардни ролни, за професионално монтирање како покривен под од ѕид до ѕид, создавајќи постојана и неизбежна замка за нечистотија.
систем за подготовка на воздух (проветрувачки единици за снабдување, издувни гасови и рециркулација, уреди за довод на воздух, дистрибутери на воздух со завршни филтри, уреди за контрола на воздухот, сензорска опрема и елементи за автоматизација итн.);
систем за контрола на инженерски системи на чисти простории;
воздушни брави;
трансфер прозорци;
|
Cleanroom Talk-throughs |
филтер и модули за вентилатор за создавање чисти зони во чисти простории.
Електронска индустријае еден од најголемите потрошувачи на чисти простории во светот. Барањата за нивото на чистота во оваа индустрија се најстроги. Трендот на постојан раст на овие барања доведе до квалитативно нови пристапи за создавање чисти средини. Суштината на овие пристапи е да се создадат изолациони технологии, т.е. при физичко одвојување на одреден волумен чист воздух од околината. Ова раздвојување, обично херметички затворено, го елиминираше влијанието на еден од најинтензивните извори на загадување - луѓето. Употребата на изолациски технологии повлекува широко распространето воведување на автоматизација и роботизација. Употребата на чисти простории во микроелектрониката има свои карактеристики: барањата за чистота на воздушната средина за аеросол честички доаѓаат до израз. Зголемени барања се поставени и на системот за заземјување на чиста просторија, особено во смисла на обезбедување на отсуство на статички електрицитет. Микроелектрониката бара создавање чисти простории од највисоките класи на чистота со поставување на перфорирани подигнати подови за подобрување на линиите за проток на воздух, т.е. зголемување на еднонасочноста на протокот.
Чистите производствени капацитети мора да обезбедат услови за максимална чистота на производството; обезбеди изолација на внатрешниот волумен; влез во чисти простории преку посебен предворје (порта).
Притисокот во чиста просторија треба да биде поголем од атмосферскиот притисок, што помага да се истисне прашината од неа. Во воздушната брава, персоналната облека се дува за да се отстранат честичките од прашина.
Во чистите простории се создаваат ламинарен проток на воздух, а неприфатливи се турбулентни текови кои се создаваат со ротирачки и подвижни делови од опремата. Неопходно е да се осигура дека нема загреани работи што придонесуваат за формирање на струи на конвекција.
Вообичаено, се користи решеткаст под и решеткаст таван.
Чистите простории содржат минимум опрема
Бидејќи производството на чисти простории е многу скапо, се користат локални зони за отстранување прашина.
Еден од ефективните начини за намалување на трошоците при креирање комплекси за чиста соба езонирање на чистата просторија во локални области, кои може да се разликуваат едни од други и во класата на чистота на воздухот и во функционалната намена (само заштита на производот или заштита и на производот и на животната средина).
Така, во чиста просторија со ниска класа на чистота, може да се создадат чисти зони со повисока класа на чистота од просторијата каде што се наоѓаат над критичните области на технолошкиот процес.
Главната цел на чистите зони:
одржување на одредени параметри на воздухот во локалниот работен простор;
заштита на производот од влијанија од околината.
Според дефиницијата дадена во ГОСТ Р ISO 14644-1-2000, чиста зона едефиниран простор во кој концентрацијата на честичките во воздухот се контролира, конструира и работи за да се минимизира влезот, ослободувањето и задржувањето на честичките во областа и овозможувајќи да се контролираат други параметри како што се температурата, влажноста и притисокот по потреба.
Чистите зони може да се конструираат структурноили како дел од целокупниот систем за вентилација на чиста просторија или како независни производи.
Првиот метод е применлив кога локацијата на чистите зони е утврдена во фазата на дизајнирање на создавање чиста просторија и не е предмет на промена во текот на целиот период на нејзината работа, како и кога е неопходно снабдување со воздух на работен простор на чистата зона.
Вториот метод вклучува можност за промена на локацијата на чистите зони, што дава поголеми можности за промена на технолошкиот процес и надградба на опремата. Во овој случај, чистите зони, дизајнирани како независни производи, можат или да се прикачат на структурите на моќта на чистата просторија или да бидат мобилни автономни производи кои можат да се преместат во чистата просторија.
|
|
|
Најчесто, чистите услови за производство се користат со минимален персонал, користејќи полуавтоматски машини. Често се користат локални инсталации. Неодамна почнаа да се користат кластерски инсталации.
Спецификации:
1 Краен притисок во чиста, празна и дегасирана комора, Pa 1,33x10-3
2 Време на враќање на притисокот 1,33x10-3 Pa, мин 30
3 Димензии на работната комора, mm Дијаметар Висина 900 1000
4 Број на плазма акцелератори со метални катоди (SPU-M) со одвојување на протокот на плазма, парчиња 3
5 Број на пулсни плазма акцелератори со графитни катоди (IPU-S) со сепарација на плазма проток, парчиња 4
6 Број на проширени јонски извори за чистење и помош (РИФ тип), парчиња 1
7 Греење на подлоги, 0С 250
8 Технолошка опрема: Единечна планетарна гарнитура, парч. Двојна планетарна, парчиња 1 1
9 Процесен систем за вбризгување на гас
10 Систем за контрола и управување со процесите
11 Пумпање со висок вакуум: две дифузни пумпи кои работат паралелно NVDM-400 со капацитет од 7000 l/s секоја
12 Пумпање пред евакуум: AVR-150 предевакуум единица со капацитет од 150 l/s
13 Максимална електрична енергија потрошена од вакумска инсталација, kW, не повеќе од 50
14 Површина зафатена со вакум инсталација, m2 25
Во зависност од начинот на вентилација, просторијата обично се нарекува:
а) турбулентно вентилирани или простории сонееднонасочен проток на воздух;
б) простории со ламинарен или еднонасочен проток на воздух.
Забелешка. Во професионалниот вокабулар доминираат поимите
„турбулентно проток на воздух“, „ламинарен проток на воздух“.
Режими на возење Јас сум воздух
Постојат два режими на возењевоздух: ламинарен? и турбулентно?. Ламинарна? Режимот се карактеризира со наредено движење на воздушни честички по паралелни траектории. Мешањето во протокот настанува како резултат на меѓусебната пенетрација на молекулите. Во турбулентен режим, движењето на честичките на воздухот е хаотично, мешањето е предизвикано од меѓусебната пенетрација на поединечни волумени на воздух и затоа се случува многу поинтензивно отколку во ламинарен режим.
Со стационарно ламинарно движење, брзината на протокот на воздух во точка е константна по големина и насока; за време на турбулентното движење, неговата големина и насока се променливи во времето.
Турбуленцијата е последица на надворешни (носени во протокот) или внатрешни (генерирани во протокот) нарушувања?. Турбуленции вентилационите текови обично се од внатрешно потекло. Нејзината причина е формирање на вител кога протокот тече околу неправилностите?ѕидови и предмети.
Критериумот на темелите? турбулентен режим е бројот Реа?Нолдс:
Р e = uD / ч
Каде И - просечна брзина на воздухот вово затворен простор;
Д - хидраулично? дијаметар на просторијата;
D= 4S/P
С - површина на пресекпростории;
Р - периметар на попречнатаделови од собата;
v- кинематичен?коефициент на вискозност на воздухот.
Реа број? Нолдс, над кои турбулентното движење на абатментот?јасно, се нарекува критичен. Запростории тоа е еднакво на 1000-1500, за мазни цевки - 2300. Впростории движењето на воздухот е обично турбулентно; при филтрирање(во чисти соби)можно како ламинарна?, и турбулентен? Мод.
Единиците за ламинарен проток се користат во чисти производствени простории и служат за дистрибуција на големи количини на воздух, обезбедувајќи специјално дизајнирани тавани, подни аспиратори и регулација на притисокот во просторијата. Под овие услови, работата на дистрибутерите на ламинарен проток е загарантирана да го обезбеди потребниот еднонасочен проток со паралелни линии на проток. Високата стапка на размена на воздух помага да се одржат услови блиску до изотермална во доводниот проток на воздух. Таваните дизајнирани за дистрибуција на воздух со големи размени на воздух, поради нивната голема површина, обезбедуваат мала почетна брзина на проток на воздух. Работата на издувните уреди лоцирани на нивото на подот и контролата на воздушниот притисок во просторијата ја минимизираат големината на зоните на проток на рециркулација, а принципот „еден премин и еден излез“ лесно се спроведува. Суспендираните честички се притискаат на подот и се отстрануваат, така што постои мал ризик да се рециркулираат.
Фотографија со ламинарен тек
Ламинарен проток- смирен проток на течност или гас без мешање. Течност или гас се движи во слоеви кои се лизгаат еден покрај друг. Како што се зголемува брзината на движење на слоевите, или како што се намалува вискозноста на течноста, ламинарниот проток се претвора во турбулентен проток. За секоја течност или гас, оваа точка се јавува при одредена вредност на Рејнолдсовиот број.
Опис
Ламинарните текови се забележани или во многу вискозни течности, или во текови што се случуваат со прилично мали брзини, како и во бавниот проток на течност околу малите тела. Конкретно, ламинарните текови се одвиваат во тесни (капиларни) цевки, во слој за подмачкување во лежишта, во тенок граничен слој што се формира во близина на површината на телата кога околу нив тече течност или гас, итн. Со зголемување на брзината на движење на дадена течност, ламинарен проток може во одреден момент да се трансформира во нарушен турбулентен проток. Во овој случај, силата на отпорност на движење нагло се менува. Режимот на проток на течност се карактеризира со таканаречениот Рејнолдсов број (Ре).
Кога вредноста Одг помал од одреден критичен број Re kp, се јавуваат ламинарни текови на течности; ако Re > Re kp, режимот на проток може да стане турбулентен. Вредноста на Re cr зависи од видот на протокот што се разгледува. Така, за проток во тркалезни цевки Re cr ≈ 2200 (ако се смета дека карактеристичната брзина е просечната брзина преку напречниот пресек, а карактеристичната големина е дијаметарот на цевката). Затоа, кај Ре кп< 2200 течение жидкости в трубе будет ламинарным.
Дистрибуција на брзина
Профил на просечна брзина:
а - ламинарен проток
б - турбулентен проток
Со ламинарен проток во бесконечно долга цевка, брзината во кој било дел од цевката се менува според законот V-V 0 ( 1 - r 2 / a 2 ), Каде А - радиус на цевката, р - растојание од оската, V 0 = 2V просечно - аксијална (нумерички максимална) брзина на проток; соодветниот параболичен профил на брзина е прикажан на сл. А.
Напонот на триење варира по радиусот според линеарен закон τ=τ w r/a Каде τ w = 4μVav/a - стрес на триење на ѕидот на цевката.
За да се надминат силите на вискозното триење во цевка со еднообразно движење, мора да има надолжен пад на притисокот, обично изразен со еднаквоста P1-P2 = λ(l/d)ρV средна 2/2 Каде P1 И P2 - притисок во д-р. два пресеци лоцирани на растојание л еден од друг λ - коефициент отпор во зависност од Одг за ламинарен проток λ = 64/Ре .
Воздухот во индустриските простории е потенцијален извор на контаминација на лекови, така што неговото прочистување е едно од клучните прашања на технолошката хигиена. Нивото на чистота на воздухот во просторијата ја одредува класата на чистота.
За да се обезбеди производство на стерилни раствори со стерилен воздух без прашина, се користат и конвенционални турбулентни системи за вентилација, кои обезбедуваат стерилитет на воздухот во просторијата, и системи со ламинарен проток на воздух низ целата површина на просторијата или во одредени работни области.
Со турбулентен проток, прочистениот воздух содржи до 1000 честички на 1 литар; кога воздухот се снабдува со ламинарен проток низ целиот волумен на просторијата, содржината на честички во воздухот е 100 пати помала.
Простории со ламинарен проток- тоа се простории во кои воздухот се снабдува кон работната површина преку филтри кои го зафаќаат целиот ѕид или таван, а се отстранува преку површината спроти влезот на воздухот.
Постојат два системи: вертикален ламинарен проток, во кој воздухот се движи одозгора низ таванот и излегува низ ренданиот под и хоризонтален ламинарен проток, во која воздухот влегува низ еден и излегува низ спротивниот перфориран ѕид. Ламинарниот проток ги отстранува од просторијата сите воздушни честички кои доаѓаат од кој било извор (персонал, опрема, итн.).
Во чисти простории мора да се создаде ламинарен проток. Системите за ламинарен проток на воздух треба да обезбедат еднаква брзина на воздухот: околу 0,30 m/s за вертикален проток и околу 0,45 m/s за хоризонтален проток. Подготовката и следењето на воздухот за механички подмножества и микробиолошка контаминација, како и проценка на ефикасноста на филтрите за воздух мора да се врши во согласност со регулаторната и техничката документација.
На сл. Слика 5.2 покажува различни шеми за снабдување со воздух без прашина во просторијата за производство.
Ориз. 5.2. Шеми за снабдување со воздух без прашина: А – турбулентен проток; Б – ламинарен тек
За да се обезбеди потребната чистота на воздухот во системите „вертикален ламинарен проток“ и „хоризонтален ламинарен проток“, се користат единици за филтрирање, составени од претходно груби филтри за воздух - вентилатор и филтер за стерилизирање (сл. 5.3.).
Ориз. 5.3. Инсталација за филтрирање и стерилизација на воздухот:
1 – груб филтер; 2 – вентилатор; 3 - фин филтер
За конечно прочистување на воздухот од честички и микрофлора содржани во него, се користи филтер од типот LAIK. Користи ултра фини влакна од перхлоровинилна смола како материјал за филтрирање. Овој материјал е хидрофобен, отпорен на хемиски агресивни средини и може да работи на температури што не надминуваат 60°C и релативна влажност до 100%. Неодамна, високо ефикасните HEPA филтри за воздух (Високо-ефикасен воздух со честички) станаа широко распространети.
Висока чистота на околината на воздухот се создава со филтрирање преку филтер за претходно чистење, а потоа со помош на вентилатор - преку филтер за стерилизирање со материјал за филтрирање марка FPP-15-3, кој е слој од ултра тенки влакна изработен од полимер поливинил хлорид. Дополнително, во внатрешноста на просторијата може да се инсталираат мобилни прочистувачи за кружење на воздухот VOPR-0.9 и VOPR-1.5, кои обезбедуваат брзо и ефикасно прочистување на воздухот поради механичка филтрација преку филтер направен од ултрафини влакна и ултравиолетово зрачење. За време на работата може да се користат прочистувачи на воздух, бидејќи немаат негативно влијание врз персоналот и не предизвикуваат непријатност.
За да се создадат ултра чисти простории или посебни зони, внатре е поставена специјална единица, во која автономно се снабдува ламинарен проток на стерилен воздух.
Барања за персонал и облека
Опремувањето на производството со системи за ламинарен проток и снабдувањето со чист и стерилен воздух во просторијата сè уште не го решава проблемот со чистиот воздух, бидејќи ... Активен извор на загадување е и персоналот кој работи во просториите. Затоа, минималниот број на работници што го бараат релевантните инструкции мора да бидат присутни во чистите производствени области за време на работата.
Во рок од една минута, едно лице, без да се движи, испушта 100 илјади честички. Оваа бројка се зголемува на 10 милиони за време на интензивна работа. Просечниот број на микроорганизми што ги лачи човек за 1 минута достигнува 1500-3000. Затоа, заштитата на лековите од контаминација од човечки извор е еден од главните проблеми на индустриската хигиена, а се решава главно преку личната хигиена на вработените и употребата на индустриска облека.
Персоналот кој влегува во производствените простории мора да биде облечен во специјална облека соодветна на производните операции што ги извршува. Технолошката облека на персоналот мора да одговара на класата на чистота на областа во која тие работат и да ја исполни својата главна цел - да го заштити производниот производ што е можно повеќе од честички што ги испуштаат луѓето.
Основната цел на работната облека на работниците е да го заштити производниот производ што е можно повеќе од честички што ги испуштаат луѓето. Од особена важност е ткаенината од која се изработува технолошката облека. Мора да има минимално одвојување на влакна, капацитет за задржување прашина, пропустливост на прав и пропустливост на воздух од најмалку 300 m 3 / (m 2 s), хигроскопност од најмалку 7%, и да не акумулира електростатско полнење.
Следниве барања се однесуваат на персонална и технолошка облека наменета за различни видови зони:
· Класа Д: Косата мора да биде покриена. Треба да се носи заштитна облека за општа намена и соодветни обувки или навлаки за чевли.
· Класа Ц: Косата мора да биде покриена. Треба да се носи одело со панталони (едноделни или дводелни) цврсто на зглобовите, со висока јака и соодветни чевли или навлаки за чевли. Облеката и чевлите не треба да испуштаат влакна или честички.
· Во просториите од класата чистота А/Б, треба да носите стерилен костим за панталони или комбинезони, капа, навлаки за чевли, маска, гумени или пластични ракавици. Доколку е можно, треба да се користи за еднократна употреба или специјализирана техничка облека и обувки со минимален капацитет за задржување на влакненца и прашина. Долниот дел од панталоните треба да биде скриен во навлаките за чевли, а ракавите да се сокријат во ракавици.
Оние кои работат во чисти области мора да се почитуваат со високи стандарди во однос на личната хигиена и чистота. Рачни часовници, накит и козметика не треба да се носат во чисти простории.
Од големо значење е и честотата на пресоблекување, во зависност од климатските услови и годишното време. Во присуство на клима, се препорачува менување облека најмалку еднаш дневно, а заштитна маска на секои 2 часа. Гумените ракавици треба да се менуваат по секој контакт со кожата на лицето, како и во секој случај кога постои ризик од контаминација.
Целиот персонал (вклучувајќи го и персоналот за чистење и одржување) кој работи во чисти подрачја треба да добие систематска обука за теми кои се однесуваат на правилното производство на стерилни производи, вклучително и хигиена и основна микробиологија.
Персоналот кој работи во „чисти“ простории е должен:
- строго ограничување на влезот и излезот од „чистите“ простории во согласност со специјално развиените упатства;
Изведете го производствениот процес со минимален потребен број на персонал. Постапките за инспекција и контрола генерално треба да се спроведуваат надвор од „чистите“ области;
Ограничете го движењето на персоналот во просториите од класите на чистота Б и Ц; избегнувајте ненадејни движења во работната област;
Немојте да се наоѓате помеѓу изворот на проток на воздух и работната површина за да избегнете менување на насоката на протокот на воздух;
Не се наведнувајте и не допирајте отворена храна или контејнери;
Не земајте и не користете предмети што паднале на подот за време на работата;
Пред да влезете во „чистата“ просторија (во просторијата за обука на персоналот), отстранете го целиот накит и козметика, вклучително и лак за нокти, истуширајте се (доколку е потребно), измијте ги рацете, третирајте ги рацете со средства за дезинфекција и облечете стерилна техничка облека и чевли. ;
Избегнувајте разговори на неповрзани теми. Целата усна комуникација со луѓе надвор од производствените простории мора да се одвива преку домофон;
Пријавете ги сите прекршувања, како и неповолните промени во санитарните и хигиенските услови или климатските параметри на вашето раководство.
Барања за процесот
Не е дозволено да се произведуваат различни медицински производи истовремено или последователно во исти простории, освен ако постои ризик од вкрстена контаминација, како и мешање и заплеткување на различни видови суровини, полупроизводи, материјали, меѓупроизводи и готови производи.
Контролата во текот на производниот процес, која се спроведува во производствените простории, не треба да има негативно влијание врз технолошкиот процес и квалитетот на производот.
Во сите фази од технолошкиот процес, вклучително и фазите кои претходат на стерилизацијата, неопходно е да се спроведат мерки кои ја минимизираат микробната контаминација.
Временските интервали помеѓу почетокот на подготовката на растворите и нивната стерилизација или филтрација за стерилизирање треба да бидат минимални и да имаат ограничувања (временски ограничувања) утврдени во текот на процесот на валидација.
Препаратите што содржат живи микроорганизми се забранети да се произведуваат или пакуваат во простории наменети за производство на други лекови.
Изворите на вода, опремата за третман на вода и прочистената вода треба редовно да се следат за хемиска, микробиолошка и, каде што е соодветно, контаминација со ендотоксин за да се обезбеди дека квалитетот на водата ги исполнува регулаторните барања.
Секој гас што ќе дојде во контакт со раствори или други меѓупроизводи за време на процесот мора да подлежи на стерилизирачка филтрација.
Материјалите кои имаат тенденција да формираат влакна со нивно можно ослободување во околината, по правило, не треба да се користат во чисти простории, а кога технолошкиот процес се изведува под асептични услови, нивната употреба е целосно забранета.
По фазите (операции) на конечното чистење на примарното пакување и опремата во текот на понатамошниот технолошки процес, тие мора да се користат на таков начин што нема повторно да се контаминираат.
Ефективноста на сите нови техники, замената на опремата и методите за спроведување на технолошки процес мора да се потврди при валидацијата, која мора да се повторува редовно според развиените распореди.
Барања за технолошка опрема
Опремата за производство не треба негативно да влијае на квалитетот на производот. Деловите или површините на опремата што доаѓаат во контакт со производот мора да бидат направени од материјали што не реагираат со производот, не се впиваат и не ослободуваат никакви супстанции до таков степен што тоа би можело да влијае на квалитетот на производот.
Еден од начините за решавање на овие проблеми е да се користи модерна автоматски линииампулација на лекови за инјектирање.
Трансферот на суровини и материјали во и надвор од производните области е еден од најсериозните извори на контаминација. Затоа, дизајните на уредите за пренос може да варираат од уреди со една или двојна врата до целосно запечатени системи со област за стерилизација (тунел за стерилизација).
Изолаторите може да се стават во функција само по соодветна валидација. Валидацијата мора да ги земе предвид сите критични фактори на технологијата на изолација (на пример, квалитетот на воздухот внатре и надвор од изолаторот, технологијата на пренос и интегритетот на изолаторот).
Посебно внимание треба да се посвети на:
Дизајн на опрема и квалификации
Валидација и репродуктивност на процесите чисто на место и стерилизирање на место
· Околината во која е инсталирана опремата
· Квалификација и обука на оператори
· Чистота на работната облека на операторите.
Барања за контрола на квалитетот
За време на технолошкиот процес на производство на раствори за инјектирање, мора да се спроведе средна (фаза по фаза) контрола на квалитетот, т.е. По секоја технолошка фаза (операција) се отфрлаат ампули, вијали, флексибилни контејнери итн. кои не исполнуваат одредени барања. Значи, по растворање (изотонизација, стабилизација и сл.) на лековитата супстанција се контролира квалитативниот и квантитативниот состав, рН на растворот, густината и сл.; по операцијата на полнење селективно се проверува волуменот на полнење на садовите и сл.
Дојдовните суровини, материјали, меѓупроизводи, како и произведените полупроизводи или готови производи, веднаш по приемот или завршувањето на технолошкиот процес, додека не се донесе одлука за можноста за нивна употреба, мора да бидат ставени во карантин. Готовите производи не смеат да се продаваат додека нивниот квалитет не се смета за задоволителен.
Течните медицински производи за парентерална употреба обично се контролираат за следните индикатори за квалитет: опис, идентификација, транспарентност, боја, pH вредност, истовремени нечистотии, волумен што може да се извлече, стерилитет, пирогени, абнормална токсичност, механички подмножества, квантитација на активни супстанции, антимикробни конзерванси и органски растворувачи.
За течни медицински производи за парентерална употреба во форма на вискозни течности, густината дополнително се контролира.
За течни лекови за парентерална употреба во форма на суспензии, дополнително се контролираат големината на честичките, униформноста на содржината (во случај на суспензии со единечна доза) и стабилноста на суспензиите.
Во прашоци за инјектирање или интравенска инфузија дополнително се контролираат: време на растворање, губење на маса при сушење, униформност на содржината или униформност на масата.
Ламинар е проток на воздух во кој воздушните струи се движат во една насока и се паралелни едни со други. Кога брзината се зголемува до одредена вредност, струите на протокот на воздух, покрај брзината на превод, добиваат и брзи променливи брзини нормално на правецот на преводното движење. Се формира проток, кој се нарекува турбулентен, односно неуреден.
Граничен слој
Граничниот слој е слој во кој брзината на воздухот се менува од нула до вредност блиска до локалната брзина на проток на воздух.
Кога протокот на воздух тече околу телото (слика 5), честичките на воздухот не се лизгаат по површината на телото, туку се забавуваат, а брзината на воздухот на површината на телото станува нула. Кога се оддалечувате од површината на телото, брзината на воздухот се зголемува од нула до брзината на протокот на воздух.
Дебелината на граничниот слој се мери во милиметри и зависи од вискозноста и притисокот на воздухот, профилот на телото, состојбата на неговата површина и положбата на телото во протокот на воздух. Дебелината на граничниот слој постепено се зголемува од водечкиот до задниот раб. Во граничниот слој, природата на движењето на воздушните честички се разликува од природата на движењето надвор од него.
Да ја разгледаме воздушната честичка А (слика 6), која се наоѓа помеѓу струи на воздух со брзини U1 и U2, поради разликата во овие брзини што се применуваат на спротивни точки на честичката, таа ротира и колку е поблиску оваа честичка до површината на телото, толку повеќе се ротира (каде што брзините на разликата се највисоки). Кога се оддалечува од површината на телото, ротационото движење на честичката се забавува и станува еднакво на нула поради еднаквоста на брзината на протокот на воздухот и брзината на воздухот на граничниот слој.
Зад телото, граничниот слој се претвора во истовремен млаз, кој се замаглува и исчезнува додека се оддалечува од телото. Турбуленциите во пресрет паѓаат на опашката на авионот и ја намалуваат неговата ефикасност и предизвикуваат тресење (феномен на удар).
Граничниот слој е поделен на ламинарен и турбулентен (сл. 7). При стабилен ламинарен тек на граничниот слој се појавуваат само внатрешни сили на триење поради вискозноста на воздухот, па отпорот на воздухот во ламинарниот слој е низок.
Ориз. 5
Ориз. 6 Проток на воздух околу тело - забавување на протокот во граничниот слој
Ориз. 7
Во турбулентен граничен слој, постои континуирано движење на воздушните струи во сите правци, што бара повеќе енергија за одржување на случајно движење на вител и, како последица на тоа, создава поголема отпорност на протокот на воздух кон телото што се движи.
За да се одреди природата на граничниот слој, се користи коефициентот Cf. Тело со одредена конфигурација има свој коефициент. Така, на пример, за рамна плоча коефициентот на отпор на ламинарниот граничен слој е еднаков на:
за турбулентен слој
каде што Re е Рејнолдсовиот број, изразувајќи го односот на инерцијалните сили со силите на триење и одредувајќи го односот на две компоненти - отпор на профилот (отпорност на обликот) и отпорност на триење. Рејнолдсовиот број Re се одредува со формулата:
каде V е брзината на протокот на воздух,
Јас - природата на големината на телото,
кинетички коефициент на вискозност на силите на триење на воздухот.
Кога протокот на воздух тече околу телото, во одредена точка граничниот слој преминува од ламинарен во турбулентен. Оваа точка се нарекува преодна точка. Неговата локација на површината на профилот на телото зависи од вискозноста и притисокот на воздухот, брзината на воздушните струи, обликот на телото и неговата положба во протокот на воздух, како и грубоста на површината. При креирањето на профилите на крилата, дизајнерите се трудат да ја постават оваа точка што е можно подалеку од предниот раб на профилот, со што се намалува отпорот на триење. За таа цел се користат специјални ламинирани профили за зголемување на мазноста на површината на крилата и низа други мерки.
Кога брзината на протокот на воздух се зголемува или аголот на положбата на телото во однос на протокот на воздух се зголемува до одредена вредност, во одредена точка граничниот слој се одвојува од површината, а притисокот зад оваа точка нагло се намалува.
Како резултат на фактот што на задниот раб на телото притисокот е поголем отколку зад точката на одвојување, се јавува обратен проток на воздух од зона со поголем притисок во зона со помал притисок до точката на одвојување, што повлекува одвојување на протокот на воздух од површината на телото (сл. 8).
Ламинарен граничен слој полесно излегува од површината на телото отколку турбулентен граничен слој.
Равенка за континуитет на протокот на воздух
Равенката на континуитет на млаз воздух (константност на протокот на воздух) е равенка на аеродинамиката која произлегува од основните закони на физиката - зачувување на масата и инерцијата - и ја утврдува врската помеѓу густината, брзината и површината на пресекот. на млаз проток на воздух.
Ориз. 8
Ориз. 9
Кога се разгледува, се прифаќа условот воздухот што се испитува да нема својство на компресибилност (сл. 9).
Во проток на променлив пресек, втор волумен на воздух тече низ делот I во одреден временски период; овој волумен е еднаков на производот на брзината на протокот на воздухот и напречниот пресек F.
Втората масена брзина на проток на воздух m е еднаква на производот од втората брзина на проток на воздух и густината p на протокот на воздух на потокот. Според законот за зачувување на енергијата, масата на протокот на воздух m1 што тече низ делот I (F1) е еднаква на масата m2 на дадениот проток што тече низ делот II (F2), под услов протокот на воздух да е стабилен:
m1=m2=конст, (1,7)
m1F1V1=m2F2V2=конст. (1.8)
Овој израз се нарекува равенка на континуитет на проток на проток на воздух на поток.
F1V1=F2V2= конст. (1.9)
Значи, од формулата е јасно дека ист волумен на воздух поминува низ различни делови на потокот во одредена единица време (секунда), но со различни брзини.
Да ја запишеме равенката (1.9) во следнава форма:
Формулата покажува дека брзината на протокот на воздух на млазот е обратно пропорционална на површината на пресекот на млазот и обратно.
Така, равенката за континуитет на протокот на воздух ја воспоставува врската помеѓу пресекот на млазот и брзината, под услов протокот на воздух на млазот да биде стабилен.
Статички притисок и брзина на главата Бернулиова равенка
аеродинамика на авиони
Авион лоциран во стационарен или подвижен воздушен проток во однос на него доживува притисок од вториот, во првиот случај (кога протокот на воздух е во мирување) тоа е статички притисок и во вториот случај (кога протокот на воздух се движи) е динамичен притисок, почесто се нарекува притисок со голема брзина. Статичкиот притисок во потокот е сличен на притисокот на течноста во мирување (вода, гас). На пример: вода во цевка, може да мирува или во движење, и во двата случаи ѕидовите на цевката се под притисок од водата. Во случај на движење на вода, притисокот ќе биде малку помал, бидејќи се појави притисок со голема брзина.
Според законот за зачувување на енергијата, енергијата на протокот на воздух во различни делови од протокот на воздух е збир од кинетичката енергија на протокот, потенцијалната енергија на силите на притисокот, внатрешната енергија на протокот и енергијата на положбата на телото. Оваа сума е константна вредност:
Екин+Ер+Евн+Ен=сопст (1.10)
Кинетичката енергија (Екин) е способност на протокот на воздух во движење да врши работа. Тоа е еднакво
каде што m е воздушна маса, kgf s2m; V-брзина на проток на воздух, m/s. Ако ја замениме густината на воздушната маса p наместо масата m, добиваме формула за одредување на брзинскиот притисок q (во kgf/m2)
Потенцијална енергија Ep е способност на протокот на воздух да работи под влијание на силите на статички притисок. Тоа е еднакво (во kgf-m)
каде што P е воздушен притисок, kgf/m2; F е пресечната површина на воздушниот тек, m2; S е патеката што ја минува 1 kg воздух низ даден дел, m; производот SF се нарекува специфичен волумен и се означува со v. Заменувајќи ја вредноста на специфичниот волумен на воздух во формулата (1.13), добиваме
Внатрешна енергија Evn е способноста на гасот да работи кога неговата температура се менува:
каде што Cv е топлинскиот капацитет на воздухот со константен волумен, cal/kg-deg; Т-температура на Келвиновата скала, К; A е термички еквивалент на механичката работа (cal-kg-m).
Од равенката е јасно дека внатрешната енергија на протокот на воздухот е директно пропорционална на неговата температура.
Енергија на положбата En е способноста на воздухот да работи кога положбата на тежиштето на дадена маса на воздух се менува кога се крева на одредена висина и е еднаква на
каде што h е промената на висината, m.
Поради ситните мали вредности на раздвојувањето на центрите на гравитација на воздушните маси долж висината во протокот на воздух, оваа енергија е занемарена во аеродинамиката.
Имајќи ги предвид сите видови енергија во однос на одредени услови, можеме да го формулираме Бернулиовиот закон, кој воспоставува врска помеѓу статичкиот притисок во протокот на воздух и притисокот на брзината.
Да разгледаме цевка (слика 10) со променлив дијаметар (1, 2, 3) во која се движи протокот на воздух. Мерачите на притисок се користат за мерење на притисокот во деловите што се разгледуваат. Анализирајќи ги отчитувањата на мерачите на притисок, можеме да заклучиме дека најнискиот динамички притисок е прикажан со манометар со пресек 3-3. Ова значи дека како што цевката се стеснува, брзината на протокот на воздухот се зголемува и притисокот паѓа.
Ориз. 10
Причината за падот на притисокот е што протокот на воздух не произведува никаква работа (триењето не се зема предвид) и затоа вкупната енергија на протокот на воздухот останува константна. Ако температурата, густината и волуменот на протокот на воздух во различни делови ги сметаме за константни (T1=T2=T3;р1=р2=р3, V1=V2=V3), тогаш внатрешната енергија може да се игнорира.
Тоа значи дека во овој случај е можно кинетичката енергија на протокот на воздухот да се трансформира во потенцијална енергија и обратно.
Кога се зголемува брзината на протокот на воздух, се зголемува и притисокот на брзината и соодветно на тоа, кинетичката енергија на овој проток на воздух.
Да ги замениме вредностите од формулите (1.11), (1.12), (1.13), (1.14), (1.15) во формулата (1.10), имајќи предвид дека ја занемаруваме внатрешната енергија и позиционата енергија, трансформирајќи ја равенката ( 1.10), добиваме
Оваа равенка за кој било пресек на проток на воздух е напишана на следниов начин:
Овој тип на равенка е наједноставната математичка Бернулиова равенка и покажува дека збирот на статички и динамички притисоци за кој било дел од протокот на постојан проток на воздух е константна вредност. Компресибилноста не се зема предвид во овој случај. Кога се зема предвид компресибилноста, се прават соодветни корекции.
За да го илустрирате законот на Бернули, можете да спроведете експеримент. Земете два листови хартија, држејќи ги паралелно еден со друг на кратко растојание и дувајте во јазот меѓу нив.
Ориз. единаесет
Листовите се поблиску. Причината за нивната конвергенција е што од надворешната страна на листовите притисокот е атмосферски, а во интервалот меѓу нив, поради присуството на брз воздушен притисок, притисокот се намалувал и станувал помал од атмосферски. Под влијание на разликите во притисокот, листовите хартија се наведнуваат навнатре.
Ветерни тунели
Експерименталното поставување за проучување на појавите и процесите што го придружуваат протокот на гас околу телата се нарекува тунел за ветер. Принципот на работа на ветерните тунели се заснова на принципот на релативност на Галилео: наместо движењето на телото во стационарна средина, се проучува протокот на гас околу неподвижно тело. Експериментално се одредуваат авионите, се проучува распределбата на притисокот и температурата на неговата површина, се набљудува шемата на проток околу телото и се проучува аероеластичноста итн.
Ветерните тунели, во зависност од опсегот на Мах броевите М, се поделени на субсонични (М = 0,15-0,7), транссонични (М = 0,7-1 3), суперсонични (М = 1,3-5) и хиперсонични (М = 5-25 ), според принципот на работа - во компресор (континуирано дејство), во кој протокот на воздух се создава со посебен компресор, а балоните со зголемен притисок, според распоредот на колото - во затворени и отворени.
Цевките на компресорот имаат висока ефикасност, тие се погодни за употреба, но бараат создавање уникатни компресори со високи стапки на проток на гас и висока моќност. Тунелите за ветер со балон се помалку економични од тунелите за ветер со компресор, бидејќи дел од енергијата се губи при гаснење на гасот. Покрај тоа, времетраењето на работата на тунелите за ветер со балон е ограничено со резервите на гас во резервоарите и се движи од десетици секунди до неколку минути за различни тунели за ветер.
Широката употреба на тунели за ветер со балони се должи на фактот што тие се поедноставни во дизајнот и моќта на компресорот потребна за полнење на балоните е релативно мала. Ветерните тунели со затворена јамка користат значителен дел од кинетичката енергија што останува во протокот на гас откако ќе помине низ работната површина, зголемувајќи ја ефикасноста на цевката. Во овој случај, сепак, неопходно е да се зголемат вкупните димензии на инсталацијата.
Во субсоничните тунели за ветер се проучуваат аеродинамичките карактеристики на субсоничните хеликоптерски авиони, како и карактеристиките на суперсоничните летала во режимите на полетување и слетување. Покрај тоа, тие се користат за проучување на протокот околу автомобилите и другите копнени возила, згради, споменици, мостови и други објекти.
Ориз. 12
1 - саќе 2 - решетки 3 - предкомора 4 - збунувач 5 - насока на проток 6 - работен дел со модел 7 - дифузер, 8 - колена со ротирачки сечила, 9 - компресор 10 - ладилник за воздух
Ориз. 13
1 - саќе 2 - решетки 3 - предкомора 4 збунувач 5 перфориран работен дел со модел 6 исфрлувач 7 дифузер 8 колена со водилки 9 издувни воздух 10 - довод на воздух од цилиндри
Ориз. 14
1 - цилиндар за компримиран воздух 2 - цевковод 3 - регулирање гас 4 - решетки за израмнување 5 - саќе 6 - решетки за детурбулизирање 7 - предкомора 8 - збунувач 9 - суперсонична млазница 10 - работен дел со модел 11 - суперзвучен дифузор 12 - подсоничен ослободување
Ориз. 15
1 - цилиндар под висок притисок 2 - цевковод 3 - контролен гас 4 - грејач 5 - преткомора со саќе и решетки 6 - хиперсонична осовинска симетрична млазница 7 - работен дел со модел 8 - хиперсоничен аксисиметричен дифузер 9 - ладилник за воздух 10 - насока на проток 11 - довод на воздух во ејектори 12 - ејектори 13 - ролетни 14 - резервоар за вакуум 15 - субсоничен дифузер