Izračun volumskega pretoka in kaj vpliva nanj



The volumetrični tok Omogoča določitev prostornine tekočine, ki prečka del cevi in ​​ponuja merilo hitrosti, s katero se tekočina premika skozi njo. Zato je njeno merjenje še posebej zanimivo na področjih, kot so industrija, medicina, gradbeništvo in raziskave, med drugim.

Vendar pa merjenje hitrosti tekočine (naj bo to tekočina, plin ali mešanica obeh) ni tako preprosto kot merjenje hitrosti gibanja trdnega telesa. Zato se zgodi, da je treba poznati hitrost tekočine, da je treba poznati njen tok.

To in številna druga vprašanja, povezana s tekočinami, obravnava veja fizike, poznana kot mehanika tekočin. Stopnja pretoka je opredeljena kot količina tekočine, ki gre skozi odsek cevovoda, naj bo to cevovod, naftovod, reka, kanal, krvni vod itd., Ob upoštevanju začasne enote.

Običajno se volumen, ki prečka določeno območje, izračuna v enoti časa, imenovano tudi volumetrični tok. Določen je tudi masni ali masni pretok, ki prečka določeno območje ob določenem času, čeprav se uporablja manj pogosto kot volumski pretok..

Indeks

  • 1 Izračun
    • 1.1 Enačba kontinuitete
    • 1.2 Bernoullijevo načelo
  • 2 Kaj vpliva na volumenski tok?
    • 2.1 Enostavna metoda merjenja volumskega pretoka
  • 3 Reference 

Izračun

Volumetrični tok je prikazan s črko Q. Za primere, ko se tok premika pravokotno na prerez vodnika, se določi z naslednjo formulo:

Q = A = V / t

V omenjeni formuli A je prerezni odsek (to je povprečna hitrost, ki jo ima tekočina), V je volumen in t čas. Ker se v mednarodnem sistemu območje ali del voznika meri vm2 in hitrost vm / s, pretok se meri m3/ s.

Za primere, kjer hitrost premika tekočine ustvari kot θ s smerjo pravokotno na del površine A, je izraz za določitev toka naslednji:

Q = A cos θ

To je skladno s prejšnjo enačbo, saj je, kadar je tok pravokoten na območje A, θ = 0 in posledično cos θ = 1.

Zgornje enačbe veljajo le, če je hitrost tekočine enakomerna in če je površina odseka ploska. V nasprotnem primeru se volumenski pretok izračuna z naslednjim integralom:

Q = ∫∫s v d S

V tem integralu je dS površinski vektor, določen z naslednjim izrazom:

dS = n dS

Tam je n enota vektor normalno na površino kanala in dS diferencialni element površine.

Enačba kontinuitete

Značilnost nestisljivih tekočin je, da se masa tekočine ohranja z dvema odsekoma. Zato je izpolnjena enačba kontinuitete, ki določa naslednje razmerje:

ρ1 A1 V1 = ρ2 A2 V2

V tej enačbi je ρ gostota tekočine.

Za primere režimov v stalnem toku, pri katerih je gostota konstantna in je torej izpolnjena, je ρ1 = ρ2, zmanjša se na naslednji izraz:

A1 V1 = A2 V2

To je enakovredno potrjevanju, da je pretok ohranjen in zato:

Q1 = Q2.

Iz opažanja zgoraj je razvidno, da se tekočine pospešijo, ko dosežejo ožji del vodov, medtem ko zmanjšajo svojo hitrost, ko dosežejo širši del voda. To dejstvo ima zanimivo praktično uporabo, saj omogoča igranje s hitrostjo premikanja tekočine.

Bernoullijevo načelo

Načelo Bernoullija določa, da je za idealno tekočino (to je tekočino, ki nima viskoznosti ali trenja), ki se premika v režimu kroženja s pomočjo zaprtega vodovoda, izpolnjena, da njena energija ostaja konstantna vzdolž celotnega premika..

Končno, Bernoullijevo načelo ni nič drugega kot formulacija Zakona o ohranjanju energije za pretok tekočine. Tako lahko Bernoullijevo enačbo formuliramo takole:

h + v2 / 2g + P / ρg = konstanta

V tej enačbi je h višina in g pospešek gravitacije.

V Bernoullijevi enačbi se energija tekočine upošteva kadarkoli, energija, ki je sestavljena iz treh komponent.

- Komponenta kinetičnega značaja, ki vključuje energijo zaradi hitrosti, s katero se tekočina premika.

- Komponenta, ki jo generira gravitacijski potencial, kot posledica višine, na kateri se nahaja tekočina.

- Sestavni del energije pretoka, ki je energija, ki jo dolguje tekočina zaradi pritiska.

V tem primeru je Bernoullijeva enačba izražena takole:

h ρ g + (v2 ρ) / 2 + P = konstantna

Logično je, da v primeru prave tekočine izraz Bernoullijeve enačbe ni izpolnjen, saj pride do izgube trenja pri premiku tekočine in je treba uporabiti bolj kompleksno enačbo..

Kaj vpliva na volumenski tok?

Volumetrični pretok bo prizadet, če pride do ovire v kanalu.

Poleg tega se lahko volumenski pretok spremeni tudi zaradi sprememb temperature in tlaka v tekočini, ki potuje skozi kanal, še posebej, če je to plin, saj se prostornina, ki jo zaseda plin, spreminja glede na temperaturo in tlak, do katerega je.

Enostavna metoda merjenja volumskega pretoka

Zelo preprosta metoda za merjenje volumetričnega toka je, da pustite, da tekočina teče v merilno posodo za določen čas.

Ta metoda ponavadi ni zelo praktična, toda resnica je, da je zelo preprosta in zelo ilustrativna za razumevanje pomena in pomena poznavanja pretoka.

Na ta način se tekočini dovoli, da teče v merilno posodo za določen čas, izmeri se skupna prostornina in dobljeni rezultat se razdeli s pretečenim časom..

Reference

  1. Tok (tekočina) (n.d.). V Wikipediji. Pridobljeno 15. aprila 2018 s strani es.wikipedia.org.
  2. Volumski pretok (n.d.). V Wikipediji. Pridobljeno 15. aprila 2018, z en.wikipedia.org.
  3. Inženirji Edge, LLC. "Enačba volumskega pretoka tekočine". Inženirji Edge
  4. Mott, Robert (1996). "1" Uporabna mehanika tekočin (4. izdaja). Mehika: Pearson Education.
  5. Batchelor, G.K. (1967). Uvod v dinamiko tekočin. Cambridge University Press.
  6. Landau, L.D .; Lifshitz, E.M. (1987). Mehanika tekočin Teoretična fizika (2. izd.). Pergamon Press.