TILAVUUSVIRTA: LASKELMA JA MIKÄ SIIHEN VAIKUTTAA - FYYSINEN - 2025

Tilavuusvirta määritetään virtaavan fluidin osan läpi putken ja antaa mitan nopeutta, jolla neste kulkee sen. Siksi sen mittaaminen on erityisen mielenkiintoista muun muassa teollisuudessa, lääketieteessä, rakentamisessa ja tutkimuksessa.

Nesteen (olipa se neste, kaasu tai molempien seos) nopeuden mittaaminen ei kuitenkaan ole niin yksinkertaista kuin kiinteän kappaleen siirtymisen nopeuden mittaus voi olla. Siksi käy niin, että nesteen nopeuden tuntemiseksi on tarpeen tietää sen virtaus.

Tätä ja monia muita nesteisiin liittyviä kysymyksiä käsitellään nestemekaniikkaksi kutsuttu fysiikan haara. Virtauksella määritetään kuinka paljon nestettä kanavan osa kulkee, olipa se sitten putkisto, öljyputki, joki, kanava, verijohto jne. Ottaen huomioon aikayksikkö.

Yleensä lasketaan määrä, joka kulkee tietyn alueen läpi aikayksikössä, jota kutsutaan myös tilavuusvirtaukseksi. Määritetään myös massa tai massavirta, joka kulkee tietyn alueen kautta tiettynä ajankohtana, vaikka sitä käytetään harvemmin kuin tilavuusvirta.

Laskeminen

Tilavuusvirtausta edustaa kirjain Q. Tapauksissa, joissa virtaus liikkuu kohtisuorassa johdinosaan nähden, se määritetään seuraavalla kaavalla:

Q = A = V / t

Tässä kaavassa A on johtimen osa (se on nesteen keskimääräinen nopeus), V on tilavuus ja t on aika. Koska kansainvälisessä järjestelmässä johtimen pinta-ala tai osa mitataan m ² ja nopeus m / s, virtaus mitataan m ³ / s.

Niissä tapauksissa, joissa nesteen siirtymän nopeus luo kulman θ suunnassa, joka on kohtisuora pintaosaan A nähden, ilmaisu virtausnopeuden määrittämiseksi on seuraava:

Q = A cos θ

Tämä on yhdenmukainen edellisen yhtälön kanssa, koska kun virtaus on kohtisuora alueelle A, θ = 0 ja vastaavasti cos θ = 1.

Yllä olevat yhtälöt ovat totta vain, jos nesteen nopeus on tasainen ja jos leikkausalue on tasainen. Muutoin tilavuusvirta lasketaan seuraavan integraalin kautta:

Q = v _s vd S

Tässä integraalissa dS on pintavektori, määritettynä seuraavalla lausekkeella:

dS = n dS

Siellä n on kanavapintaan nähden normaali yksikkövektori ja dS on pinta-erotuselementti.

Jatkuvuusyhtälö

Kokoonpuristamattomien nesteiden ominaispiirre on, että nesteen massa säilyy kahden osan avulla. Tästä syystä jatkuvuusyhtälö täyttyy, mikä muodostaa seuraavan suhteen:

ρ ₁ A ₁ V ₁ = ρ ₂ A ₂ V ₂

Tässä yhtälössä ρ on nesteen tiheys.

Pysyvän vuon olleissa järjestelmissä, joissa tiheys on vakio, ja siksi on vakuutettu, että ρ ₁ = ρ ₂, se pelkistetään seuraavaan lausekkeeseen:

A ₁ V ₁ = A ₂ V ₂

Tämä vastaa vahvistusta siitä, että virtaus on säilynyt, ja siksi:

Q ₁ = Q ₂.

Edellä esitetyn perusteella voidaan todeta, että nesteet kiihtyvät saavuttaessaan putken kapeampaan osaan, kun taas ne hidastuvat saavuttaessaan putken laajemman osan. Tällä tosiasialla on mielenkiintoisia käytännöllisiä sovelluksia, koska se sallii pelaamisen nesteen liikkumisen nopeudella.

Bernoullin periaate

Bernoullin periaate määrittelee, että ihanteelliselle nesteelle (eli nesteelle, jolla ei ole viskositeettia tai kitkaa), joka liikkuu liikkeessä suljetun johdon kautta, sen energia pysyy vakiona koko siirtymän ajan.

Viime kädessä Bernoullin periaate ei ole muuta kuin energian säilyttämislain laatiminen nesteen virtausta varten. Siten Bernoulli-yhtälö voidaan formuloida seuraavasti:

h + v ² / 2g + P / ρg = vakio

Tässä yhtälössä h on korkeus ja g on painovoimasta johtuva kiihtyvyys.

Bernoulli-yhtälö ottaa huomioon nesteen energian milloin tahansa, kolmesta komponentista koostuvan energian.

- Kineettinen komponentti, joka sisältää energiaa johtuen nesteen liikkumisen nopeudesta.

- Komponentti, joka syntyy painovoimapotentiaalin seurauksena nesteen korkeudesta.

- Virtausenergian osa, joka on nesteellä paineesta johtuva energia.

Tässä tapauksessa Bernoullin yhtälö ilmaistaan ​​seuraavasti:

h ρ g + (v ² ρ) / 2 + P = vakio

Loogisesti, todellisen fluidin tapauksessa Bernoulli-yhtälön ilmaisua ei noudateta, koska kitkahäviöt tapahtuvat fluidin siirtymisessä ja on tarpeen turvautua monimutkaisempaan yhtälöön.

Mikä vaikuttaa tilavuusvirtaan?

Tilavuusvirtaan vaikuttaa, jos kanava on tukossa.

Lisäksi tilavuusvirtausnopeus voi muuttua myös putken läpi kulkevan todellisen nesteen lämpötilan ja paineen vaihtelusta johtuen, etenkin jos kyseessä on kaasu, koska kaasun käyttämä tilavuus vaihtelee lämpötila ja paine, jossa se on.

Yksinkertainen menetelmä tilavuusvirtauksen mittaamiseksi

Todella yksinkertainen menetelmä tilavuusvirtauksen mittaamiseksi on antaa nesteen virtata annostelusäiliöön asetetun ajanjakson ajan.

Tämä menetelmä ei yleensä ole kovin käytännöllinen, mutta totuus on, että on erittäin yksinkertaista ja erittäin havainnollistavaa ymmärtää nesteen virtausnopeuden tuntemisen merkitys ja merkitys.

Tällä tavalla nesteen annetaan virtata annostelusäiliöön tietyn ajanjakson ajan, kertynyt tilavuus mitataan ja saatu tulos jaetaan kuluneella ajanjaksolla.

Viitteet

1. Virtaus (neste) (toinen). Wikipediassa. Haettu 15. huhtikuuta 2018, es.wikipedia.org.
2. Tilavuusvirta (nd). Wikipediassa. Haettu 15. huhtikuuta 2018, en.wikipedia.org.
3. Engineers Edge, LLC. Msgstr "Nesteen tilavuusvirta - yhtälö". Insinöörit Edge
4. Mott, Robert (1996). "yksi". Sovellettu nestemekaniikka (4. painos). Meksiko: Pearson Education.
5. Batchelor, GK (1967). Johdanto nestedynamiikkaan. Cambridge University Press.
6. Landau, LD; Lifshitz, EM (1987). Nesteen mekaniikka. Teoreettisen fysiikan kurssi (2. painos). Pergamon Press.