VOLUMETRISK FLOW: BEREGNING OG HVAD DER PÅVIRKER DET - FYSISK - 2025

Den volumenstrøm bestemmer volumenet af fluid, der strømmer gennem et afsnit af ledningen og tilvejebringer et mål for den hastighed, hvormed fluidet bevæger af den. Derfor er dens måling især interessant i områder så forskellige som industri, medicin, byggeri og forskning, blandt andre.

At måle hastigheden af ​​en væske (det være sig en væske, en gas eller en blanding af begge dele) er imidlertid ikke så simpelt, som det kan måle hastigheden på forskydningen af ​​et fast legeme. Derfor sker det, at for at kende hastigheden af ​​en væske er det nødvendigt at kende dets strømning.

Dette og mange andre spørgsmål relateret til væsker behandles af den gren af ​​fysik kendt som fluidmekanik. Flow er defineret som hvor meget væske et afsnit af en ledning passerer gennem, det være sig en rørledning, en olie-rørledning, en flod, en kanal, en blodkanal osv. Under hensyntagen til en tidsenhed.

Normalt beregnes det volumen, der passerer gennem et givet område i en tidsenhed, også kaldet volumetrisk strøm. Massen eller massestrømmen, der passerer gennem et givet område på et specifikt tidspunkt, defineres også, skønt den bruges sjældnere end den volumetriske strøm.

Beregning

Den volumetriske strømningshastighed er repræsenteret af bogstavet Q. For de tilfælde, hvor strømmen bevæger sig vinkelret på lederafsnittet, bestemmes den med følgende formel:

Q = A = V / t

I denne formel A er lederens sektion (det er væskens gennemsnitlige hastighed), V er volumen og t er tiden. Da i det internationale system måles lederens område eller sektion i m ² og hastigheden i m / s, måles strømmen i m ³ / s.

I de tilfælde, hvor hastigheden af ​​fluidfortrængningen skaber en vinkel θ med retningen vinkelret på overfladeafsnittet A, er udtrykket til bestemmelse af strømningshastigheden følgende:

Q = A cos θ

Dette er i overensstemmelse med den forrige ligning, da strømmen er vinkelret på område A, θ = 0 og følgelig cos θ = 1.

Ovenstående ligninger gælder kun, hvis væskens hastighed er ensartet, og hvis sektionens areal er fladt. Ellers beregnes den volumetriske strøm gennem følgende integral:

Q = ∫∫ _s vd S

I denne integrerede dS er overfladevektoren bestemt ved følgende udtryk:

dS = n dS

Der er n enhedsvektoren normal for kanaloverfladen, og dS er et overfladedifferentialelement.

Kontinuitetsligning

Et kendetegn ved ukomprimerbare væsker er, at væskens masse bevares ved hjælp af to sektioner. Af denne grund er kontinuitetsligningen opfyldt, hvilket etablerer følgende forhold:

ρ ₁ A ₁ V ₁ = ρ ₂ A ₂ V ₂

I denne ligning er ρ densiteten af ​​væsken.

I tilfælde af regimer i permanent strøm, hvor massefylden er konstant, og det derfor er tilfreds med, at ρ ₁ = ρ ₂, reduceres den til følgende udtryk:

A ₁ V ₁ = A ₂ V ₂

Dette svarer til at bekræfte, at strømmen er bevaret, og derfor:

Q ₁ = Q ₂.

Fra observation af det ovenstående følger det, at væsker accelererer, når de når et smallere afsnit af en rørledning, mens de bremser, når de når et bredere afsnit af en rørledning. Denne kendsgerning har interessante praktiske anvendelser, da det tillader at spille med en væskes bevægelseshastighed.

Bernoullis princip

Bernoullis princip bestemmer, at det for en ideel væske (dvs. en væske, der hverken har viskositet eller friktion), der bevæger sig i cirkulation gennem en lukket rørledning, er det sandt, at dens energi forbliver konstant gennem hele dens forskydning.

I sidste ende er Bernoullis princip intet andet end formuleringen af ​​loven om bevarelse af energi til strømmen af ​​en væske. Bernoulli-ligningen kan således formuleres som følger:

h + v ² / 2g + P / ρg = konstant

I denne ligning er h højden og g er accelerationen på grund af tyngdekraften.

Bernoulli-ligningen tager hensyn til energien i en væske til enhver tid, en energi bestående af tre komponenter.

- En kinetisk komponent, der inkluderer energi på grund af hastigheden, hvormed væsken bevæger sig.

- En komponent genereret af tyngdekraftpotentialet som en konsekvens af den højde, hvormed væsken er.

- En komponent i strømmenergien, som er den energi, som en væske har på grund af tryk.

I dette tilfælde udtrykkes Bernoullis ligning som følger:

h ρ g + (v ² ρ) / 2 + P = konstant

I tilfælde af en reel fluid er logisk set ikke udtrykket af Bernoulli-ligningen opfyldt, da friktionstab forekommer i fluidfortrængningen, og det er nødvendigt at ty til en mere kompleks ligning.

Hvad påvirker den volumetriske strøm?

Den volumetriske strøm vil blive påvirket, hvis der er en blokering i kanalen.

Derudover kan den volumetriske strømningshastighed også ændres på grund af variationer i temperatur og tryk i den virkelige væske, der bevæger sig gennem en ledning, især hvis dette er en gas, da volumenet, som en gas optager, varierer som en funktion af temperatur og tryk, hvorpå det er.

Enkel metode til måling af volumenstrøm

En virkelig enkel metode til måling af den volumetriske strøm er at lade en væske strømme ind i en doseringstank i et bestemt tidsrum.

Denne metode er generelt ikke særlig praktisk, men sandheden er, at det er ekstremt enkelt og meget illustrerende at forstå betydningen og vigtigheden af ​​at kende en væskes strømningshastighed.

På denne måde får fluidet lov til at strømme ind i en doseringstank i et tidsrum, det akkumulerede volumen måles, og det opnåede resultat divideres med den forløbne tid.

Referencer

1. Flow (væske) (nd). På Wikipedia. Hentet den 15. april 2018 fra es.wikipedia.org.
2. Volumetrisk strømningshastighed (nd). På Wikipedia. Hentet den 15. april 2018 fra en.wikipedia.org.
3. Engineers Edge, LLC. "Ligning af væskevolumetrisk strømningshastighed". Ingeniører Edge
4. Mott, Robert (1996). "en". Anvendt væskemekanik (4. udgave). Mexico: Pearson Education.
5. Batchelor, GK (1967). En introduktion til væskedynamik. Cambridge University Press.
6. Landau, LD; Lifshitz, EM (1987). Fluid Mechanics. Kursus i teoretisk fysik (2. udgave). Pergamon Press.