PRZEPŁYW OBJĘTOŚCIOWY: OBLICZENIA I CO NA TO WPŁYWA - FIZYCZNY - 2025

Strumień objętości określa objętość płynu przepływającego przez sekcję przewodu i zapewnia miarę prędkości, z jaką płyn przez niego przemieszcza się. Dlatego jego pomiar jest szczególnie interesujący w tak różnorodnych dziedzinach, jak m.in. przemysł, medycyna, budownictwo czy badania.

Jednak pomiar prędkości płynu (czy to cieczy, gazu, czy mieszaniny obu) nie jest tak prosty, jak może być pomiar prędkości przemieszczania się ciała stałego. Dlatego zdarza się, że aby poznać prędkość płynu, konieczne jest poznanie jego przepływu.

Tą i wieloma innymi kwestiami związanymi z płynami zajmuje się dział fizyki zwany mechaniką płynów. Przepływ definiuje się jako ilość płynu przechodzącą przez odcinek przewodu, czy to rurę, rurociąg naftowy, rzekę, kanał, przewód krwionośny itp., Biorąc pod uwagę jednostkę czasu.

Zwykle obliczana jest objętość, która przechodzi przez dany obszar w jednostce czasu, zwana również przepływem objętościowym. Określany jest również przepływ masowy lub masowy, który przechodzi przez dany obszar w określonym czasie, chociaż jest używany rzadziej niż przepływ objętościowy.

Obliczenie

Przepływ objętościowy jest oznaczony literą Q. W przypadkach, w których przepływ porusza się prostopadle do przekroju przewodu, określa się go za pomocą następującego wzoru:

Q = A = V / t

W tym wzorze A to przekrój przewodnika (jest to średnia prędkość płynu), V to objętość, a t to czas. Ponieważ w systemie międzynarodowym powierzchnia lub przekrój przewodu jest mierzona wm ^2, a prędkość wm / s, przepływ mierzony jest wm ³ / s.

W przypadkach, w których prędkość przemieszczania się płynu tworzy kąt θ z kierunkiem prostopadłym do przekroju powierzchni A, wyrażenie określające natężenie przepływu jest następujące:

Q = A cos θ

Jest to zgodne z poprzednim równaniem, ponieważ gdy przepływ jest prostopadły do ​​obszaru A, θ = 0, aw konsekwencji cos θ = 1.

Powyższe równania są prawdziwe tylko wtedy, gdy prędkość płynu jest jednorodna, a powierzchnia przekroju jest płaska. W przeciwnym razie przepływ objętościowy jest obliczany za pomocą następującej całki:

Q = ∫∫ _s vd S

W tej całkowej dS jest wektorem powierzchniowym, określonym przez następujące wyrażenie:

dS = n dS

Tam n jest wektorem jednostkowym normalnym do powierzchni kanału, a dS jest elementem różnicowym powierzchni.

Równanie ciągłości

Cechą nieściśliwych płynów jest to, że masa płynu jest konserwowana za pomocą dwóch sekcji. Z tego powodu równanie ciągłości jest spełnione, co ustala zależność:

ρ ₁ A ₁ V ₁ = ρ ₂ A ₂ V ₂

W tym równaniu ρ jest gęstością płynu.

W przypadku reżimów w stałym strumieniu, w których gęstość jest stała, a zatem jest spełnione, że ρ ₁ = ρ ₂ , sprowadza się ją do następującego wyrażenia:

₁ V ₁ = A ₂ V ₂

Jest to równoznaczne z potwierdzeniem, że przepływ jest zachowany, a zatem:

Q ₁ = Q ₂ .

Z obserwacji powyższego wynika, że ​​płyny przyspieszają, gdy docierają do węższego odcinka przewodu, natomiast zwalniają, gdy docierają do szerszego odcinka przewodu. Fakt ten ma ciekawe zastosowania praktyczne, bo pozwala bawić się szybkością ruchu płynu.

Zasada Bernoulliego

Zasada Bernoulliego określa, że ​​dla idealnego płynu (to znaczy płynu, który nie ma lepkości ani tarcia), który porusza się w obiegu przez zamknięty przewód, jego energia pozostaje stała przez całe jego przemieszczenie.

Ostatecznie zasada Bernoulliego jest niczym innym, jak sformułowaniem prawa zachowania energii dla przepływu płynu. Zatem równanie Bernoulliego można sformułować w następujący sposób:

h + v ² / 2g + P / ρg = stała

W tym równaniu h to wysokość, a g to przyspieszenie ziemskie.

Równanie Bernoulliego bierze pod uwagę energię płynu w dowolnym momencie, energię składającą się z trzech składników.

- Składnik kinetyczny zawierający energię wynikającą z prędkości, z jaką porusza się płyn.

- Składnik generowany przez potencjał grawitacyjny, jako konsekwencja wysokości, na której znajduje się płyn.

- Składnik energii przepływu, czyli energia, którą płyn posiada pod wpływem ciśnienia.

W tym przypadku równanie Bernoulliego wyraża się następująco:

h ρ g + (v ² ρ) / 2 + P = stała

Logicznie rzecz biorąc, w przypadku płynu rzeczywistego wyrażenie równania Bernoulliego nie jest spełnione, ponieważ straty tarcia występują w przemieszczaniu płynu i konieczne jest odwołanie się do bardziej złożonego równania.

Co wpływa na przepływ objętościowy?

Jeśli w kanale wystąpi zatkanie, wpłynie to na przepływ objętościowy.

Ponadto objętościowe natężenie przepływu może się również zmieniać z powodu zmian temperatury i ciśnienia w rzeczywistym płynie, który przemieszcza się przez przewód, zwłaszcza jeśli jest to gaz, ponieważ objętość, jaką zajmuje gaz, zmienia się w funkcji temperatura i ciśnienie, w jakim się znajduje.

Prosta metoda pomiaru przepływu objętościowego

Naprawdę prostą metodą pomiaru przepływu objętościowego jest umożliwienie przepływu płynu do zbiornika pomiarowego przez określony czas.

Ta metoda na ogół nie jest zbyt praktyczna, ale prawda jest taka, że ​​zrozumienie znaczenia i wagi znajomości natężenia przepływu płynu jest niezwykle proste i bardzo ilustracyjne.

W ten sposób płyn może wpływać do zbiornika dozującego przez pewien czas, mierzy się zgromadzoną objętość, a otrzymany wynik dzieli się przez upływający czas.

Bibliografia

1. Przepływ (płyn) (nd). Na Wikipedii. Pobrane 15 kwietnia 2018 r.Z es.wikipedia.org.
2. Objętościowe natężenie przepływu (nd). Na Wikipedii. Pobrane 15 kwietnia 2018 r. Z en.wikipedia.org.
3. Inżynierowie Edge, LLC. „Równanie objętościowego natężenia przepływu cieczy”. Inżynierowie Edge
4. Mott, Robert (1996). "jeden". Stosowana mechanika płynów (wydanie 4). Meksyk: Pearson Education.
5. Batchelor, GK (1967). Wprowadzenie do dynamiki płynów. Cambridge University Press.
6. Landau, LD; Lifshitz, EM (1987). Mechanika płynów. Kurs Fizyki Teoretycznej (wyd. 2). Pergamon Press.