随着我们继续研究室内空气质量和过滤，我们现在回到管道设计．今天的课程是关于一个有趣的物理学，它适用于任何流动的事物。它可以是热，粒子或者电磁能。在我们的例子中，它是空气——一种流体——我们所研究的物理叫做连续性方程。

它基本上是一个守恒定律，类似于能量守恒。我将用图表来讲述这个故事。

基本连续性

首先，我们有一个管道。空气从左侧进入管道。当空气通过管道时，它遇到一个减速器，然后是一个较小的管道。

我们对这里的流动了解多少?考虑到守恒定律，我们可以安全地假设所有进入管道左边的空气都必须从管道的某个地方出来。我们将以完全密封的管道为例，这样就不会有空气沿管道泄漏。

但是我们可以从空气的量到流速来加强我们的表述。使用“那些令人讨厌的帝国单位，我们可以说，每一立方英尺每分钟(cfm)的空气进入左边的管道，相应的cfm的空气离开右边的管道。我们在这里用符号表示流问．

因此，我们有空气保护 - 在管道中没有空气或破坏空气 - 我们有流动速度的保护。进入的流速等于离开的流动速率。但要使这第二个索赔我们必须做出假设。

我们知道空气分子的数量无论如何都是一样的，但是说空气的体积是一样的意味着密度不变。我们假设空气是不可压缩的。是真的吗?我们能合理地说空气是不可压缩流体吗?

不可压缩性问题的一般答案，如你所知，是空气当然是可压缩的流体。但在管道系统中我们可以把它视为不可压缩的因为它所经历的压力变化足够小空气的密度不会改变。

这就是为什么我们上面的表述，进入管道的空气流速(立方英尺每分钟)等于离开管道的空气流速。我们有连续性!

但速度会怎样呢?

风管中的空气速度是一个非常关键的因素，它决定了风管如何高效、安静地将适量的空气从一个地方输送到另一个地方。我们将在以后的文章中进一步探讨这个主题，但现在，让我们确定当空气从一个更大的管道进入一个更小的管道时，速度会发生什么变化。

首先，回到我们关于等流量的表述，让我们看看等体积的空气通过管道系统。我们假设大管道中的蓝色窄条代表1立方英尺的空气。我已经展示了导管A的横截面₁在那条带子下面。

在较小的管道中，由于横截面，同样立方体的空气散布在更大的长度上₂是小。很有道理,对吧?就得到了相等的体积因为每种情况下的体积都是截面积乘以长度。

下一步是理解这些不同的长度对速度意味着什么。根据我们的流量方程，问_在=问_出，同时，左边的整个狭窄的空气塞子将向前移动一段距离，右边较宽的空气塞子也将向前移动一段距离。

是这样的:

红色箭头表示两个空气塞之间的初始距离。如你所见，两者之间的距离增加了。

在下次块中，窄插头前进了一个长度。脂肪塞同样通过其一个长度向前移动。

然后再一次。

每次空气向前移动1立方英尺，小管道中的空气就比大管道中的空气移动得更远。换句话说，在小管道中的速度高于在大管道中的速度。它与横截面积有关。

这个关于面积和速度的方程称为不可压缩流体的连续性方程。

Steven Doggett博士，LEED AP，利用我上面图表的几何图形进行了计算流体动力学(CFD)模拟，得出了一些速度场的漂亮图像。这是第一个，模拟层流:

看看减速装置中速度的变化是很有趣的。需要注意的是，这个模拟假设的是层流，而在真实的管道中会有一些湍流。因为你现在想知道，这是他对同样的事情的模拟，关于湍流:

稍微慢一点。在边角再加一点动作。减了一点。总的来说，非常相似，而且都很有趣。

这里的关键是空气从一个较大的管道移动到一个较小的管道，速度会增加。当它从一个较小的管道移动到一个较大的管道时，速度降低。在这两种情况下，流速——通过管道的空气量，以每分钟立方英尺为单位——保持不变。

连续性方程的应用

因为我们刚刚看了空气过滤的问题在我的上一篇文章中，你可能会怀疑这两者之间有某种联系。你是对的。许多过滤器由于压力降过大而导致空气流动出现问题。要解决这个问题，你必须了解过滤面积、表面速度和压降之间的关系。这涉及到连续性方程。我将在即将发表的几篇文章中对此进行深入探讨。

连续性方程对于保持管道中你想要的速度也很关键。如果它升得太高，就会有很大的压降，可能还会有噪音。

然后在适当的速度下拍摄条件空气的问题，以获得足够的房间空气混合。这与滤波器问题类似，您必须查看制造商的供应寄存器的规格，除非您不尝试将压力降低为滤波器的压力降低。您试图选择正确的空气流量的寄存器，以获得适量的投掷和传播。

我欣赏最多的介绍物理学的第一个学期的主题是流体动力学，液体中的液体研究。我们没有粘度，但我们确实了解Bernoulli的公式，文丘里管和流体速度。我当时我不知道我在现实世界中近四十年后在现实世界中使用这种东西。

当然，早在1980年，我甚至没有预料到自己会在1984年成为圣路易斯的面包师，1986年在西雅图擦窗户，或者1989年在佛罗里达州的Tarpon Springs高中教物理。尼尔斯·玻尔可能会说“很难预测，尤其是未来。”

Allison贝尔斯他是一位演说家、作家、建筑科学顾问和《能源先锋博客．你可以在Twitter上关注他@EnergyVanguard．