Przepływ objętościowy

Wyjaśniamy, czym jest przepływ objętościowy, jak go obliczyć, a czynniki, które na to wpływają

Przepływ objętościowy zależy od powierzchni przekroju A i prędkości płynu V. Źródło: Mikerun, CC BY-SA 4.0, Via Wikimedia Commons

Co to jest przepływ objętościowy?

On przepływ objętościowy Pozwala na określenie objętości płynu, który przekracza odcinek kanału i oferuje miarę prędkości, z jaką płyn porusza się przez ten sam. Dlatego jego miara jest szczególnie interesująca w obszarach tak różnorodnych, jak przemysł, medycyna, budownictwo i badania,.

Jednak pomiar prędkości płynu (płynu, gazu lub mieszaniny obu) nie jest tak prosta, jak pomiar może być prędkość przemieszczenia ciała stałego. Dlatego zdarza się, że aby poznać prędkość płynu, konieczne jest znanie jego przepływu.

Z tego i wielu innych problemów związanych z płynami, gałąź fizyki znana jako mechanika płynów zajmuje. Przepływ jest definiowany jako płynny odcinek kanału, jest już rurociągiem, rurociągiem, rzeką, kanałem, krwioobiega itp., biorąc pod uwagę tymczasową jednostkę.

Zwykle obliczana jest objętość, którą określony obszar w jednostce czasu, zwany również przepływem objętościowym. Zdefiniowany jest również masa lub przepływ masy, który przecina powierzchnię określoną w określonym czasie, chociaż jest stosowany rzadziej niż przepływ objętościowy.

Jak obliczany jest przepływ objętościowy?

Przepływ objętościowy jest reprezentowany przez literę Q. W przypadkach, w których przepływ porusza się prostopadle do sekcji kierowcy, jest on określany w następującym wzorze:

Q = a = v / t

W tej wzorze A jest to sekcja kierowcy (jest to średnia prędkość, jaką ma płyn), v to objętość i czas t. Ponieważ w systemie międzynarodowym obszar lub sekcja kierowcy są mierzone w m² I prędkość w m/s, przepływ jest mierzony m³/S.

Może ci służyć: 21 ważnych wydarzeń fizyki

W przypadkach, w których prędkość przemieszczenia płynu tworzy kąt θ z kierunkiem prostopadłym do powierzchni odcinka A, wyrażenie określające przepływ jest następujące:

Q = a cos θ

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

Powyższe równania są prawdziwe tylko wtedy, gdy prędkość płynu jest jednolita i jeśli odcinek sekcji jest płaski. W przeciwnym razie przepływ objętościowy jest obliczany za pomocą następującej całki:

Q = ∫∫_S V d s

W tej integralnej DS jest to wektor powierzchniowy, określony przez następujące wyrażenie:

Ds = n ds

Tam n to normalny wektor jednostki na powierzchni kanału i DS różnicowy element powierzchni.

Równanie ciągłości

Charakterystyką dla płynów nieściśliwych jest to, że masa płynu jest zachowana za pomocą dwóch sekcji. Właśnie dlatego równanie ciągłości jest spełnione, co ustanawia następujący związek:

ρ₁ DO₁ V₁ = ρ₂ DO₂ V₂

W tym równaniu ρ to gęstość płynu.

W przypadku reżimów w przepływie trwałym, w których gęstość jest stała, a zatem jest spełnione, że ρ₁ = ρ₂, Zmniejsza się do następującego wyrażenia:

DO₁ V₁ = A₂ V₂

Jest to równoważne potwierdzenie, że przepływ jest zachowany, a zatem:

Q₁ = Q₂.

Z obserwacji powyższych wynika, że ​​płyny przyspieszają, gdy osiągają węższy odcinek kanału, podczas gdy zmniejszają swoją prędkość, gdy osiągają szerszy odcinek kanału. Ten fakt ma interesujące praktyczne zastosowania, ponieważ pozwala grać z prędkością przemieszczenia płynu.

Może ci służyć: cząstki subatomowe

Zasada Bernoulli

Zasada Bernoulliego określa, że ​​w przypadku idealnego płynu (to znaczy płynu, który nie ma ani lepkości ani tarcia), który porusza się w reżimie krążenia przez zamknięty kanał, jest wypełniona, że ​​jego energia pozostaje stała przez cały czas jego przemieszczenia.

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

H +v² / 2G+p/ ρg = stała

W tym równaniu H jest wysokość, a G jest przyspieszeniem grawitacji.

W równaniu Bernoulli w dowolnym momencie brana jest energia płynu, energia składająca się z trzech elementów.

• Składnik kinetyczny, który obejmuje energię, ze względu na prędkość poruszania się płyn.
• Składnik generowany przez potencjał grawitacyjny, w wyniku wysokości, na której znajduje się płyn.
• Składnik energii przepływowej, która jest energią, którą płyn ma z powodu ciśnienia.

W tym przypadku równanie Bernoulli wyraża się w następujący sposób:

H ρ g +(v² ρ)/2 + p = stała

Logicznie, w przypadku prawdziwego płynu ekspresja równania Bernoulli nie jest spełniona, ponieważ w przemieszaniu płynu występują straty tarcia i konieczne jest uciekanie bardziej złożonego równania.

Co wpływa na przepływ objętościowy?

Wpłynie to przepływ objętościowy, jeśli wystąpi niedrożność w kanale.

Może ci służyć: światła załamanie: elementy, prawa i eksperyment

Ponadto przepływ objętościowy może również zmieniać się w wyniku wpływu temperatury i zmienności ciśnienia oraz ciśnienia, do którego jest.

Prosta metoda pomiaru przepływu objętościowego

Naprawdę prosta metoda pomiaru przepływu objętościowego jest pozwolenie na przepływ płynu w zbiorniku pomiarowym przez określony czas.

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

W ten sposób płyn może przepływać do zbiornika pomiarowego przez okres czasu, mierzona jest skumulowana objętość, a wynik uzyskany między upływem czasu jest podzielony.

Bibliografia

1. Przepływ (płyn) (n.D.).  W Wikipedii. Odzyskane z ES.Wikipedia.org.
2. Wolumetryczne natężenie przepływu (n.D.).  W Wikipedii. Odzyskane z.Wikipedia.org.
3. Inżynierowie Edge, LLC. „Równanie prędkości przepływu płynów”. Inżynierowie krawędzi
4. Mott, Robert (1996). „1”. MECHANIKA PŁYWNYCH (Wydanie 4). Meksyk: Pearson Education.
5. Batchelor, g.K. (1967). Wprowadzenie do dynamiki płynów. Cambridge University Press.
6. Landau, L.D.; Lifshitz, e.M. (1987). Mechanika płynów. Przebieg fizyki teoretycznej (wydanie 2.). Pergamon Press.