Обчислення об'ємного потоку і що впливає на нього



The об'ємний потік він дозволяє визначити об'єм рідини, що перетинає ділянку трубопроводу, і дає міру швидкості, з якою рідина рухається через неї. Тому її вимірювання особливо цікаві в таких різноманітних областях, як промисловість, медицина, будівництво та дослідження, серед інших.

Однак вимірювання швидкості руху рідини (будь то рідина, газ або суміш обох) не так просто, як вимірювання швидкості руху твердого тіла. Тому буває, що знати швидкість рідини необхідно знати її течію.

Це та багато інших питань, пов'язаних з рідинами, розглядаються галуззю фізики, відомою як механіка рідини. Швидкість потоку визначається як кількість рідини, що проходить через ділянку трубопроводу, будь то трубопровід, нафтопровід, річка, канал, трубопровід крові тощо, беручи до уваги тимчасову одиницю.

Зазвичай обсяг, що перетинає певну область, обчислюється в одиницю часу, яка також називається об'ємним потоком. Масовий або масовий потік, який перетинає певну площу в певний час, також визначається, хоча використовується рідше, ніж об'ємний потік.

Індекс

  • 1 Розрахунок
    • 1.1 Рівняння безперервності
    • 1.2 Принцип Бернуллі
  • 2 Що впливає на об'ємний потік?
    • 2.1 Простий метод вимірювання об'ємного потоку
  • 3 Посилання 

Розрахунок

Об'ємний потік представлений буквою Q. Для випадків, коли потік рухається перпендикулярно ділянці провідника, він визначається наступною формулою:

Q = A = V / t

У зазначеній формулі А знаходиться ділянка провідника (це середня швидкість, яку має рідина), V - об'єм і t - час. Оскільки в міжнародній системі площа або ділянка водія вимірюється в м2 і швидкість в м / с, потік вимірюється m3/ s.

Для випадків, коли швидкість переміщення рідини створює кут θ з напрямом, перпендикулярним перерізу поверхні A, вираз для визначення потоку є наступним:

Q = A cos θ

Це узгоджується з попереднім рівнянням, оскільки, коли потік перпендикулярний області A, θ = 0 і, отже, cos θ = 1.

Наведені вище рівняння вірні лише в тому випадку, якщо швидкість рідини є рівномірною і якщо площа ділянки плоска. В іншому випадку об'ємний потік розраховується за допомогою наступного інтеграла:

Q = ∫∫s v d S

У цьому інтегралі dS є поверхневим вектором, що визначається наступним виразом:

dS = n dS

Там n - одиничний вектор, нормальний до поверхні каналу, і dS - диференціальний елемент поверхні.

Рівняння безперервності

Характеристика нестисливих рідин полягає в тому, що маса рідини зберігається за допомогою двох секцій. Тому виконується рівняння безперервності, що встановлює наступне співвідношення:

ρ1 A1 V1 = ρ2 A2 V2

У цьому рівнянні ρ - щільність рідини.

Для випадків режимів у постійному потоці, в яких щільність постійна і, отже, виконується те, що ρ1 = ρ2, вона зводиться до такого виразу:

A1 V1 = A2 V2

Це еквівалентно підтвердженню збереження потоку і, отже:

Q1 = Q2.

Виходячи з вищенаведеного, випливає, що рідини прискорюються, коли вони досягають більш вузького перерізу трубопроводу, а знижують швидкість, коли вони досягають більш широкого ділянки трубопроводу. Цей факт має цікаві практичні застосування, оскільки дозволяє грати зі швидкістю переміщення рідини.

Принцип Бернуллі

Принцип Бернуллі визначає, що для ідеальної рідини (тобто рідини, яка не має ні в'язкості, ні тертя), що рухається в режимі циркуляції замкнутим трубопроводом, виконується, що її енергія залишається постійною по всьому її переміщенню..

У кінцевому підсумку, принцип Бернуллі є нічим іншим, як формулюванням Закону збереження енергії для потоку рідини. Таким чином, рівняння Бернуллі можна сформулювати таким чином:

h + v2 / 2g + P / ρg = постійна

У цьому рівнянні h - висота, а g - прискорення сили тяжіння.

У рівнянні Бернуллі енергія рідини враховується в будь-який час, енергія, що складається з трьох компонентів.

- Компонент кінетичного характеру, що включає в себе енергію, завдяки швидкості, з якою рухається рідина.

- Компонент, що генерується гравітаційним потенціалом, як наслідок висоти, на якій знаходиться рідина.

- Компонент енергії потоку, яка є енергією, яку рідина зобов'язана через тиск.

У цьому випадку рівняння Бернуллі виражається наступним чином:

h ρ g + (v2 ρ) / 2 + P = постійна

Логічно, що у випадку реальної рідини вираз рівняння Бернуллі не виконується, оскільки втрати на тертя відбуваються при зміщенні рідини і необхідно вдатися до більш складного рівняння..

Що впливає на об'ємний потік?

Об'ємний потік буде залежати, якщо є перешкода в протоці.

Крім того, об'ємний потік може також змінюватися внаслідок зміни температури і тиску у фактичній рідині, що проходить через повітропровід, особливо якщо це газ, оскільки обсяг, зайнятий газом, змінюється в залежності від температура і тиск, до якого воно знаходиться.

Простий метод вимірювання об'ємного потоку

Дійсно простий метод вимірювання об'ємного потоку полягає в тому, щоб дозволити потоку рідини у вимірювальний бак протягом певного періоду часу.

Цей метод, як правило, не дуже практичний, але правда в тому, що це надзвичайно просто і дуже ілюстративно, щоб зрозуміти сенс і важливість знання потоку рідини..

Таким чином, рідині дозволяють протікати в вимірювальну ємність протягом періоду часу, вимірюється накопичений об'єм і отриманий результат ділиться на час, що минув.

Список літератури

  1. Потік (рідина) (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 15 квітня 2018 року з es.wikipedia.org.
  2. Об'ємна швидкість потоку (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 15 квітня 2018 року з en.wikipedia.org.
  3. Інженери Edge, LLC. "Рівняння об'ємної швидкості потоку рідини". Інженери Edge
  4. Мотт, Роберт (1996). "1" Прикладна механіка рідини (4-е видання). Мексика: Освіта Пірсона.
  5. Batchelor, G.K. (1967). Вступ до динаміки рідини. Cambridge University Press.
  6. Landau, L.D .; Lifshitz, E.M. (1987). Механіка рідини Курс теоретичної фізики (2-е видання). Pergamon Press.