- beregning
- Kontinuitetslikning
- Bernoullis prinsipp
- Hva påvirker den volumetriske strømmen?
- Enkel metode for måling av volumstrøm
- referanser
Den volumstrømmen bestemmer volumet av fluid som strømmer gjennom en seksjon av røret og gir et mål for den hastighet med hvilken fluid ved det. Derfor er målingen spesielt interessant på områder som er så forskjellige som industri, medisin, konstruksjon og forskning, blant andre.
Å måle hastigheten på en væske (det være seg en væske, en gass eller en blanding av begge deler) er imidlertid ikke så enkelt som å måle forskyvningshastigheten til et fast legeme. Derfor hender det at for å kjenne hastigheten til en væske er det nødvendig å kjenne strømningen.
Dette og mange andre spørsmål relatert til væsker behandles av grenen av fysikk kjent som fluidmekanikk. Flow er definert som hvor mye væske en seksjon av en ledning passerer gjennom, det være seg en rørledning, en oljerørledning, en elv, en kanal, en blodledning etc., som tar hensyn til en tidsenhet.
Vanligvis beregnes volumet som passerer gjennom et gitt område i en tidsenhet, også kalt volumstrøm. Massen eller massestrømmen som passerer gjennom et gitt område på et spesifikt tidspunkt er også definert, selv om den brukes sjeldnere enn volumetrisk strømning.
beregning
Den volumetriske strømmen er representert med bokstaven Q. For tilfellene der flyten beveger seg vinkelrett på lederens seksjon, bestemmes den med følgende formel:
Q = A = V / t
I denne formelen A er lederens seksjon (det er væskens gjennomsnittlige hastighet), V er volumet og t er tiden. Siden i det internasjonale systemet måles området eller delen av lederen i m 2 og hastigheten i m / s, blir strømmen målt i m 3 / s.
For tilfellene hvor hastigheten til fluidfortrengningen skaper en vinkel θ med retningen vinkelrett på overflateseksjonen A, er uttrykket for å bestemme strømningshastigheten følgende:
Q = A cos θ
Dette stemmer overens med den forrige ligningen, siden når strømmen er vinkelrett på området A, θ = 0 og følgelig cos θ = 1.
Ovennevnte ligninger stemmer bare hvis væskens hastighet er jevn og hvis seksjonen er flat. Ellers blir volumstrømmen beregnet gjennom følgende integral:
Q = ∫∫ s vd S
I denne integrerte dS er overflatevektoren, bestemt av følgende uttrykk:
dS = n dS
Der er n enhetsvektoren normal for kanaloverflaten og dS er et overflatedifferensialelement.
Kontinuitetslikning
Et kjennetegn ved ukomprimerbare væsker er at væskens masse bevares ved hjelp av to seksjoner. Av denne grunn er kontinuitetsligningen tilfredsstilt, noe som etablerer følgende forhold:
ρ 1 A 1 V 1 = ρ 2 A 2 V 2
I denne ligningen er ρ densiteten til væsken.
For tilfeller av ordninger i permanent fluks, hvor tettheten er konstant, og derfor er den tilfreds med at ρ 1 = ρ 2 , reduseres den til følgende uttrykk:
A 1 V 1 = A 2 V 2
Dette tilsvarer bekreftelse av at strømmen er bevart, og derfor:
Q 1 = Q 2 .
Fra observasjonen av det ovennevnte følger det at væsker akselererer når de når en smalere del av en ledning, mens de bremser når de når et bredere avsnitt av en ledning. Dette faktum har interessante praktiske anvendelser, siden det gjør det mulig å spille med hastigheten på en væske.
Bernoullis prinsipp
Bernoullis prinsipp bestemmer at for en ideell væske (det vil si en væske som verken har viskositet eller friksjon) som beveger seg i sirkulasjon gjennom en lukket ledning, vil energien forbli konstant gjennom hele forskyvningen.
Til syvende og sist er Bernoullis prinsipp ingenting mer enn formuleringen av loven om bevaring av energi for flyt av væske. Dermed kan Bernoullis ligning formuleres som følger:
h + v 2 / 2g + P / ρg = konstant
I denne ligningen er h høyden og g er akselerasjonen på grunn av tyngdekraften.
Bernoulli-ligningen tar hensyn til energien til en væske når som helst, en energi som består av tre komponenter.
- En kinetisk komponent som inkluderer energi, på grunn av hastigheten som væsken beveger seg med.
- En komponent generert av gravitasjonspotensialet, som en konsekvens av høyden som væsken er i.
- En komponent av strømmenergien, som er energien som en væske har på grunn av trykk.
I dette tilfellet er Bernoullis ligning uttrykt som følger:
h ρ g + (v 2 ρ) / 2 + P = konstant
Når det gjelder en reell væske, er logisk sett ikke uttrykket av Bernoulli-ligningen oppfylt, siden friksjonstap oppstår i fluidfortrengningen og det er nødvendig å ty til en mer kompleks ligning.
Hva påvirker den volumetriske strømmen?
Volumstrømmen vil bli påvirket hvis det er blokkering i kanalen.
I tillegg kan den volumetriske strømningshastigheten også endre seg på grunn av variasjoner i temperatur og trykk i den virkelige væsken som beveger seg gjennom en ledning, spesielt hvis dette er en gass, siden volumet som en gass opptar varierer som en funksjon av temperatur og trykk der den er.
Enkel metode for måling av volumstrøm
En virkelig enkel metode for å måle volumstrømmen er å la en væske strømme inn i en doseringstank i en bestemt tidsperiode.
Denne metoden er generelt lite praktisk, men sannheten er at det er ekstremt enkelt og veldig illustrerende å forstå betydningen og viktigheten av å kjenne til en væskes strømningshastighet.
På denne måten tillates fluidet å strømme inn i en doseringstank i en periode, det akkumulerte volumet blir målt og det oppnådde resultat blir delt med den forløpte tid.
referanser
- Flow (væske) (nd). På Wikipedia. Hentet 15. april 2018, fra es.wikipedia.org.
- Volumetrisk strømningshastighet (nd). På Wikipedia. Hentet 15. april 2018, fra en.wikipedia.org.
- Ingeniører Edge, LLC. "Ligning av væskevolumstrømningsrate". Ingeniører Edge
- Mott, Robert (1996). "en". Anvendt væskemekanikk (4. utgave). Mexico: Pearson Education.
- Batchelor, GK (1967). En introduksjon til væskedynamikk. Cambridge University Press.
- Landau, LD; Lifshitz, EM (1987). Væskemekanikk. Kurs for teoretisk fysikk (2. utg.). Pergamon Press.