Tilpuma plūsmas aprēķins un tas, kas to ietekmē



The tilpuma plūsma tas ļauj noteikt šķidruma tilpumu, kas šķērso cauruļvada daļu un piedāvā ātrumu, ar kādu šķidrums pārvietojas caur to. Tāpēc tās mērīšana ir īpaši interesanta citās jomās, piemēram, rūpniecībā, medicīnā, būvniecībā un pētniecībā.

Tomēr šķidruma ātruma mērīšana (vai tā būtu šķidrums, gāze vai abu maisījums) nav tik vienkārša kā cietā ķermeņa kustības ātruma mērīšana. Tāpēc ir zināms, ka šķidruma ātrums ir jāzina tā plūsmā.

Šo un daudzus citus jautājumus, kas saistīti ar šķidrumiem, risina fizikas nozare, kas pazīstama kā šķidruma mehānika. Plūsmas ātrumu definē kā to, cik daudz šķidruma šķērso cauruļvada daļu, vai tas ir cauruļvads, naftas cauruļvads, upe, kanāls, asinsvads utt., Ņemot vērā pagaidu vienību.

Parasti apjoms, kas šķērso noteiktu zonu, tiek aprēķināts laika vienībā, ko sauc arī par tilpuma plūsmu. Ir definēta arī masa vai masas plūsma, kas šķērso noteiktu zonu noteiktā laikā, lai gan to izmanto retāk nekā tilpuma plūsmu..

Indekss

  • 1 Aprēķins
    • 1.1. Nepārtrauktības vienādojums
    • 1.2 Bernoulli princips
  • 2 Kas ietekmē tilpuma plūsmu?
    • 2.1. Vienkārša tilpuma plūsmas mērīšanas metode
  • 3 Atsauces 

Aprēķins

Tilpuma plūsmu attēlo ar burtu Q. Gadījumos, kad plūsma virzās perpendikulāri vadītāja daļai, to nosaka ar šādu formulu:

Q = A = V / t

Minētajā formulā A ir vadītāja sekcija (tas ir vidējais ātrums, kas šķidrumam ir), V ir tilpums un t ir laiks. Tā kā starptautiskajā sistēmā vadītāja teritorija vai daļa tiek mērīta metros2 un ātrumu m / s, plūsmu mēra m3/ s.

Gadījumos, kad šķidruma pārvietošanas ātrums rada leņķi θ ar virzienu, kas ir perpendikulārs virsmas A daļai, izteiksme plūsmas noteikšanai ir šāda:

Q = A cos θ

Tas atbilst iepriekšējam vienādojumam, jo ​​tad, kad plūsma ir perpendikulāra laukumam A, θ = 0 un līdz ar to cos θ = 1.

Iepriekš minētie vienādojumi ir spēkā tikai tad, ja šķidruma ātrums ir vienāds un sekcijas platība ir līdzena. Pretējā gadījumā tilpuma plūsmu aprēķina, izmantojot šādu integrālu:

Q = ∫∫s v d S

Šajā integrālajā dS ir virsmas vektors, ko nosaka ar šādu izteiksmi:

dS = n dS

Tur n ir vienības vektors, kas ir normāls kanāla virsmai un dS ir diferenciāla virsmas elements.

Nepārtrauktības vienādojums

Nesasmalcināto šķidrumu īpašība ir tā, ka šķidruma masa tiek konservēta ar divām sekcijām. Tādēļ ir izpildīts nepārtrauktības vienādojums, kas nosaka šādas attiecības:

ρ1 A1 V1 = ρ2 A2 V2

Šajā vienādojumā ρ ir šķidruma blīvums.

Pastāvīgās plūsmas režīmos, kuros blīvums ir nemainīgs un tādēļ ir izpildīts, ka ρ1 = ρ2, tas tiek samazināts līdz šādai izteiksmei:

A1 V1 = A2 V2

Tas ir līdzvērtīgs apstiprinājumam, ka plūsma ir saglabājusies, un tādēļ:

Q1 = Q2.

Ņemot vērā iepriekš minēto, secināms, ka šķidrumi tiek paātrināti, kad tie sasniedz šaurāku kanāla daļu, bet samazina ātrumu, kad tie sasniedz plašāku kanāla daļu. Tam ir interesanti praktiski pielietojumi, jo tas ļauj spēlēt ar šķidruma pārvietošanas ātrumu.

Bernoulli princips

Bernoulli princips nosaka, ka ideāls šķidrums (tas ir, šķidrums, kam nav ne viskozitātes, ne berzes), kas cirkulācijas režīmā pārvietojas ar slēgtu kanālu, ka tā enerģija paliek nemainīga visā tās pārvietojumā.

Galu galā Bernoulli princips nav nekas cits kā likuma par enerģijas saglabāšanu šķidruma plūsmai formulējums. Tādējādi Bernoulli vienādojumu var formulēt šādi:

h + v2 / 2g + P / ρg = konstante

Šajā vienādojumā h ir augstums un g ir gravitācijas paātrinājums.

Bernoulli vienādojumā šķidruma enerģija tiek ņemta vērā jebkurā laikā, enerģija, kas sastāv no trim komponentiem.

- Kinetiskā rakstura komponents, kas ietver enerģiju, pateicoties ātrumam, ar kādu šķidrums kustas.

- Komponents, ko rada gravitācijas potenciāls, ko rada augstums, kādā atrodas šķidrums.

- Plūsmas enerģijas sastāvdaļa, kas ir enerģija, ko šķidrums rada spiediena dēļ.

Šajā gadījumā Bernoulli vienādojumu izsaka šādi:

h ρ g + (v2 ρ) / 2 + P = konstante

Loģiski, ja reālā šķidruma gadījumā Bernoulli vienādojuma izpausme nav izpildīta, jo šķidruma pārvietojumā rodas berzes zudumi, un ir nepieciešams izmantot sarežģītāku vienādojumu.

Kas ietekmē tilpuma plūsmu?

Tilpuma plūsma tiks ietekmēta, ja cauruļvadā būs aizsprostojums.

Turklāt tilpuma plūsma var mainīties arī sakarā ar temperatūras un spiediena svārstībām faktiskajā šķidrumā, kas šķērso cauruļvadu, jo īpaši, ja tas ir gāze, jo gāzes aizņemtais tilpums ir atkarīgs no tā, kāda ir gāzes plūsma. temperatūru un spiedienu.

Vienkārša tilpuma plūsmas mērīšanas metode

Patiešām vienkārša tilpuma plūsmas mērīšanas metode ir ļaut šķidrumam noteiktā laika periodā ieplūst mērīšanas tvertnē.

Šī metode parasti nav ļoti praktiska, bet patiesība ir tā, ka tas ir ārkārtīgi vienkāršs un ļoti ilustratīvs, lai saprastu šķidruma plūsmas zināšanu nozīmi un nozīmi..

Šādā veidā šķidrumam jāļauj ieplūst mērīšanas tvertnē uz noteiktu laiku, uzkrātais tilpums tiek mērīts un iegūtais rezultāts tiek dalīts ar pagājušo laiku.

Atsauces

  1. Plūsma (šķidrums) (n.d.). Vikipēdijā. Saturs iegūts 2018. gada 15. aprīlī no es.wikipedia.org.
  2. Tilpuma plūsmas ātrums (n.d.). Vikipēdijā. Saturs iegūts 2018. gada 15. aprīlī no en.wikipedia.org.
  3. Engineers Edge, LLC. "Šķidruma tilpuma plūsmas ātruma vienādojums". Inženieri Edge
  4. Mott, Robert (1996). "1" Lietišķā šķidruma mehānika (4. izdevums). Meksika: Pearson Education.
  5. Batchelor, G.K. (1967). Ievads šķidruma dinamikā. Cambridge University Press.
  6. Landau, L.D .; Lifshitz, E.M. (1987). Šķidruma mehānika Teorētiskās fizikas kurss (2. izdevums). Pergamon Press.