- Számítás
- Folytonossági egyenlet
- Bernoulli elve
- Mi befolyásolja a térfogatáramot?
- A térfogatáram mérésének egyszerű módszere
- Irodalom
A térfogatáram meghatározza a vezeték egy szakaszán átfolyó folyadék térfogatát, és meghatározza azt a sebességet, amellyel a folyadék ezen a ponton halad. Ezért mérése különösen érdekes olyan területeken, mint például az ipar, az orvostudomány, az építés és a kutatás.
A folyadék (legyen az folyadék, gáz vagy mindkettő keveréke) sebességének mérése azonban nem olyan egyszerű, mint a szilárd test elmozdulásának sebessége. Ezért előfordul, hogy a folyadék sebességének megismeréséhez meg kell ismerni annak folyását.
Ezt és sok más, a folyadékokkal kapcsolatos kérdést a fizika folyadékmechanikának nevezett ág foglalkozik. Az áramlást úgy határozzuk meg, hogy mennyi folyadék kerül át a vezeték egy szakaszára, legyen az csővezeték, olajvezeték, folyó, csatorna, vérvezeték stb., Figyelembe véve az időegységet.
Általában kiszámolják azt a térfogatot, amely egy adott területen áthalad egy időegységben, más néven térfogatáramot. Meghatározzák azt a tömeget vagy tömegáramot is, amely egy adott területen áthalad egy adott időpontban, bár ezt ritkábban használják, mint a térfogatáramot.
Számítás
A térfogatáramot Q betű képviseli. Azokban az esetekben, amikor az áramlás a vezetőszakaszra merőlegesen mozog, a következő képlettel kell meghatározni:
Q = A = V / t
Ebben az A képletben a vezető metszete (a folyadék átlagos sebessége), V a térfogata, t pedig az idő. Mivel a nemzetközi rendszerben a vezető területét vagy szakaszát m 2-ben és a sebességet m / s-ban mérik, az áramlást m 3 / s-ban mérik.
Azokban az esetekben, amikor a folyadék elmozdulásának sebessége az A felületre merőleges irányú θ szöget hoz létre, az áramlási sebesség meghatározása a következő:
Q = A cos θ
Ez összhangban van az előző egyenlettel, mivel ha az áramlás merőleges az A területre, θ = 0, és következésképpen cos θ = 1.
A fenti egyenletek csak akkor igazak, ha a folyadék sebessége egyenletes, és ha a szakasz területe sík. Ellenkező esetben a térfogatáramot a következő integrálból kell kiszámítani:
Q = v s vd S
Ebben az integrálban a dS a felszíni vektor, amelyet a következő kifejezés határoz meg:
dS = n dS
Itt n a csatorna felületére normális egységvektor és a felületi differenciál elem dS.
Folytonossági egyenlet
A nem összenyomható folyadékok jellemzője, hogy a folyadék tömegét két szakasz segítségével megőrzik. Ezért teljesül a folytonossági egyenlet, amely a következő kapcsolatot hozza létre:
ρ 1 A 1 V 1 = ρ 2 A 2 V 2
Ebben az egyenletben ρ a folyadék sűrűsége.
Az állandó áramlású rendszerek esetében, ahol a sűrűség állandó, ezért meggyőződésünk, hogy ρ 1 = ρ 2, a következő kifejezésre redukálva:
A 1 V 1 = A 2 V 2
Ez azzal egyenértékű, hogy megerősítjük, hogy az áramlás megmarad, és ezért:
Q 1 = Q 2.
A fentiek megfigyelése alapján az következik, hogy a folyadékok felgyorsulnak, amikor a vezeték szűkebb szakaszához érnek, míg a vezeték szélesebb szakaszához érve lelassulnak. Ennek a ténynek érdekes gyakorlati alkalmazása van, mivel lehetővé teszi a folyadék mozgásának sebességével való játékot.
Bernoulli elve
Bernoulli alapelve meghatározza, hogy egy ideális folyadék (azaz olyan folyadék, amelynek nincs viszkozitása és súrlódása nélkül), amely zárt vezetéken keresztül mozog a keringésben, igaz, hogy energiája állandó marad egész teljes elmozdulása során.
Végül, Bernoulli elve nem más, mint az Energiamegőrzési Törvény megfogalmazása a folyadék áramlására. Így a Bernoulli-egyenlet a következőképpen fogalmazható meg:
h + v 2 / 2g + P / ρg = állandó
Ebben az egyenletben h a magasság, g pedig a gravitáció által okozott gyorsulás.
A Bernoulli-egyenlet bármikor figyelembe veszi a folyadék energiáját, három komponensből álló energiát.
- Kinetikus elem, amely energiát tartalmaz, a folyadék mozgásának sebessége miatt.
- Egy olyan elem, amelyet a folyadék magassága következtében a gravitációs potenciál generál.
- Az áramlási energia egyik alkotóeleme, amely az az energia, amely a folyadéknak a nyomás miatt birtokában van.
Ebben az esetben Bernoulli egyenletét a következőképpen fejezzük ki:
h ρ g + (v 2 ρ) / 2 + P = állandó
Logikusan, valódi folyadék esetén a Bernoulli-egyenlet kifejezése nem teljesül, mivel a súrlódási veszteségek a folyadék elmozdulásakor fordulnak elő, és összetettebb egyenletre van szükség.
Mi befolyásolja a térfogatáramot?
A légcsatorna eldugulása befolyásolja a térfogatáramot.
Ezenkívül a térfogatáram változhat a vezetéken áthaladó valódi folyadék hőmérséklete és nyomása változása miatt, különösen, ha ez egy gáz, mivel a gáz által elfoglalt térfogat a hőmérséklet és nyomás, amelyen van.
A térfogatáram mérésének egyszerű módszere
A térfogatáram mérésének egy igazán egyszerű módja az, ha egy folyadékot egy meghatározott ideig folyik az adagolótartályba.
Ez a módszer általában nem túl praktikus, de az igazság az, hogy rendkívül egyszerű és nagyon szemléltető megérteni a folyadék áramlási sebességének tudásának jelentését és fontosságát.
Ilyen módon a folyadékot hagyjuk egy ideig átfolyni az adagolótartályba, megmérik a felhalmozódott térfogatot, és a kapott eredményt elosztják az eltelt idővel.
Irodalom
- Áramlás (folyadék) (második). A Wikipedia. Visszakeresve: 2018. április 15-én, az es.wikipedia.org webhelyről.
- Térfogatáram (nd). A Wikipedia. Visszakeresve: 2018. április 15-én, az en.wikipedia.org webhelyről.
- Engineers Edge, LLC. Msgstr "Folyadék térfogatáram-egyenlete". Mérnökök Edge
- Mott, Robert (1996). "egy". Alkalmazott folyadék-mechanika (4. kiadás). Mexikó: Pearson Education.
- Batchelor, GK (1967). Bevezetés a folyadékdinamikába. Cambridge University Press.
- Landau, LD; Lifshitz, EM (1987). Áramlástan. Az Elméleti Fizika Tanfolyam (2. kiadás). Pergamon Press.