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流体力学中的空气流动：为什么这么重要？揭开空气流量的真面目！
空气流动，或称空气流量，是空气的运动。空气的行为像流体一样，这意味着粒子自然地从高压区域流向低压区域。大气压力与高度、温度和成分直接相关。在工程学中，空气流量是流经特定装置的单位时间内的空气量测量。可以用体积流量（单位时间内的空气体积）或质量流量（单位时间内的空气质量）来描述。影响两者的关键是空气密度，后者又是压力和温度的一个函数，根据理想气体定律。空气流动可以通过机械手段（例如运行电风扇或手动风扇）引发，或者根据环境中的压力差进行被动流动。
空气流动的类型
如同其它流体一样，空气可能会展现出层流和湍流的流动模式。
在层流中，所有的流体粒子沿着平行的路径运行，平行流线可被观察到；在湍流中，粒子的运动则是随机且混乱的，且流线可能会弯曲、螺旋并交错。雷诺数是用来预测从层流向湍流转变的一个比率，通常层流出现在低雷诺数的情况下，而湍流则在高雷诺数中。层流是指空气可以平稳流动，并展现出一个抛物线的速度分布；而湍流则是在流动表面出现不规则性（例如流体流动的表面受到干扰）而改变运动方向的情况。
空气流量的单位
空气流量的典型单位包括：
- 体积：m3/min（每分钟立方米）、m3/h（每小时立方米）、ft3/h（每小时立方英尺）、l/s（每秒升）
- 质量：kg/s（每秒千克）
空气流量还可以以每小时换气次数（ACH）来描述，表示填充特定空间的空气排放情况。
测量与工具
测量空气流量的仪器称为空气流量计。风速计也用于测量风速和室内空气流量，包括直接探头风速计、旋转叶片风速计、热球风速计等多种类型。这些仪器利用不同原理，例如热电阻变化来推算流量。
工程师们利用这些物理现象设计和使用热线风速计来精确测量空气流速。
模拟与计算
使用计算流体动力学（CFD）模型可模拟空气流动，或透过风洞实验观察流动模式。
CFD模型可跟踪固体在系统中的流动，并帮助分析室内外环境中的污染物浓度。
流量控制与调节
调节管道中空气流动的设备有阻尼器，能够增加、减少或完全停止气流。更复杂的设备如空气处理单元（AHU），则不仅能调节气流，还能产生和调节气流。空调系统透过改变风扇的转速来控制流量，这通常遵循低、中、高的设定。
应用场景
测量空气流量在许多应用中都是必要的，例如通风系统（确定空气被替换的量）、气压输送（控制空气速度和输送相态）及引擎工作（控制空气-燃料比）。空气流量的管理是许多领域的关注焦点，包括气象学、航空学、医学等。
建筑中的空气流量
在建筑科学中，空气流量的问题常常涉及其可取性，例如在通风与渗透的对比中，通风被定义为新鲜户外空气进入室内空间的流动。这可通过机械手段或自然通风策略来实现。自然通风通常因其经济效益而被推崇，但其实施需要考虑时间和外部条件的限制。
空气流动与热舒适度的关系
空气流动的管理对于确保居住者的热舒适度及整体室内环境质量（IEQ）至关重要，不仅可以提供新鲜空气的供应，同时有效地排放废气。不同的空气流动率会对居住者的感受产生影响，这是设计建筑时需要仔细考量的一个因素。
在设计中，适当控制的空气流动是改善室内环境质量的重要组成部分。
随着科学技术的进步，理解空气流动在众多应用中的详细机制变得更加重要。那么，我们该如何更有效地利用这些知识来改善我们的生活环境呢？
