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流體力學中的空氣流動：為什麼這麼重要？揭開空氣流量的真面目！
空氣流動，或稱空氣流量，是空氣的運動。空氣的行為像流體一樣，這意味著粒子自然地從高壓區域流向低壓區域。大氣壓力與高度、溫度和成分直接相關。在工程學中，空氣流量是流經特定裝置的單位時間內的空氣量測量。可以用體積流量（單位時間內的空氣體積）或質量流量（單位時間內的空氣質量）來描述。影響兩者的關鍵是空氣密度，後者又是壓力和溫度的一個函數，根據理想氣體定律。空氣流動可以通過機械手段（例如運行電風扇或手動風扇）引發，或者根據環境中的壓力差進行被動流動。
空氣流動的類型
如同其它流體一樣，空氣可能會展現出層流和湍流的流動模式。
在層流中，所有的流體粒子沿著平行的路徑運行，平行流線可被觀察到；在湍流中，粒子的運動則是隨機且混亂的，且流線可能會彎曲、螺旋並交錯。雷諾數是用來預測從層流向湍流轉變的一個比率，通常層流出現在低雷諾數的情況下，而湍流則在高雷諾數中。層流是指空氣可以平穩流動，並展現出一個拋物線的速度分布；而湍流則是在流動表面出現不規則性（例如流體流動的表面受到干擾）而改變運動方向的情況。
空氣流量的單位
空氣流量的典型單位包括：
- 體積：m3/min（每分鐘立方米）、m3/h（每小時立方米）、ft3/h（每小時立方英尺）、l/s（每秒升）
- 質量：kg/s（每秒千克）
空氣流量還可以以每小時換氣次數（ACH）來描述，表示填充特定空間的空氣排放情況。
測量與工具
測量空氣流量的儀器稱為空氣流量計。風速計也用於測量風速和室內空氣流量，包括直接探頭風速計、旋轉葉片風速計、熱球風速計等多種類型。這些儀器利用不同原理，例如熱電阻變化來推算流量。
工程師們利用這些物理現象設計和使用熱線風速計來精確測量空氣流速。
模擬與計算
使用計算流體動力學（CFD）模型可模擬空氣流動，或透過風洞實驗觀察流動模式。
CFD模型可跟踪固體在系統中的流動，並幫助分析室內外環境中的污染物濃度。
流量控制與調節
調節管道中空氣流動的設備有阻尼器，能夠增加、減少或完全停止氣流。更複雜的設備如空氣處理單元（AHU），則不僅能調節氣流，還能產生和調節氣流。空調系統透過改變風扇的轉速來控制流量，這通常遵循低、中、高的設定。
應用場景
測量空氣流量在許多應用中都是必要的，例如通風系統（確定空氣被替換的量）、氣壓輸送（控制空氣速度和輸送相態）及引擎工作（控制空氣-燃料比）。空氣流量的管理是許多領域的關注焦點，包括氣象學、航空學、醫學等。
建築中的空氣流量
在建築科學中，空氣流量的問題常常涉及其可取性，例如在通風與滲透的對比中，通風被定義為新鮮戶外空氣進入室內空間的流動。這可通過機械手段或自然通風策略來實現。自然通風通常因其經濟效益而被推崇，但其實施需要考慮時間和外部條件的限制。
空氣流動與熱舒適度的關係
空氣流動的管理對於確保居住者的熱舒適度及整體室內環境質量（IEQ）至關重要，不僅可以提供新鮮空氣的供應，同時有效地排放廢氣。不同的空氣流動率會對居住者的感受產生影響，這是設計建築時需要仔細考量的一個因素。
在設計中，適當控制的空氣流動是改善室內環境質量的重要組成部分。
隨著科學技術的進步，理解空氣流動在眾多應用中的詳細機制變得更加重要。那麼，我們該如何更有效地利用這些知識來改善我們的生活環境呢？
