Výpočet objemového prietoku a jeho vplyv

objemový prietok umožňuje určiť objem tekutiny, ktorá prechádza cez časť potrubia a ponúka meradlo rýchlosti, s ktorou sa kvapalina pohybuje cez ňu. Preto je jeho meranie obzvlášť zaujímavé v oblastiach, ako je priemysel, medicína, stavebníctvo a výskum.

Meranie rýchlosti tekutiny (či už je to kvapalina, plyn alebo zmes oboch) však nie je také jednoduché, ako meranie rýchlosti pohybu pevného telesa. Preto sa stáva, že poznať rýchlosť tekutiny je potrebné poznať jej prietok.

Toto a mnoho ďalších otázok týkajúcich sa tekutín rieši odbor fyziky známy ako fluidná mechanika. Prietok je definovaný ako koľko tekutiny prechádza cez časť potrubia, či už ide o potrubie, ropovod, rieku, kanál, potrubie, atď., Berúc do úvahy dočasnú jednotku.

Zvyčajne sa objem, ktorý prechádza cez určitú oblasť, vypočíta v jednotke času, nazývanej tiež objemový prietok. Hmotnosť alebo hmotnostný prietok, ktorý prechádza cez určitú oblasť v určitom čase, je tiež definovaný, hoci sa používa menej často ako objemový prietok..

index

• 1 Výpočet
  • 1.1 Rovnica kontinuity
  • 1.2 Bernoulliho princíp
• 2 Čo ovplyvňuje objemový prietok?
  • 2.1 Jednoduchý spôsob merania objemového prietoku
• 3 Odkazy 

kalkulácie

Objemový prietok je reprezentovaný písmenom Q. V prípadoch, keď sa prietok pohybuje kolmo na úsek vodiča, je určený nasledujúcim vzorcom:

Q = A = V / t

V uvedenom vzorci A je vodičová časť (je to priemerná rýchlosť, ktorú má kvapalina), V je objem a t je čas. Keďže v medzinárodnom systéme sa plocha alebo časť vodiča meria vm² a rýchlosť v m / s, prietok sa meria m³/ s.

Pre prípady, v ktorých rýchlosť posunu tekutiny vytvára uhol θ so smerom kolmým na úsek plochy A, výraz na určenie prietoku je nasledovný: \ t

Q = A cos θ

To je v súlade s predchádzajúcou rovnicou, pretože keď je prietok kolmý na plochu A, θ = 0 a následne cos θ = 1.

Vyššie uvedené rovnice sú pravdivé len vtedy, ak je rýchlosť kvapaliny rovnomerná a ak je plocha úseku plochá. Inak sa objemový prietok vypočíta pomocou nasledovného integrálu:

Q = ∫∫_s v d S

V tomto integrále dS je povrchový vektor, určený nasledujúcim výrazom:

dS = n dS

Tam je n jednotkový vektor normálny k povrchu potrubia a dS diferenciálny povrchový prvok.

Rovnica kontinuity

Charakteristikou nestlačiteľných kvapalín je, že hmotnosť tekutiny je zachovaná pomocou dvoch častí. Preto je splnená rovnica kontinuity, ktorá stanovuje nasledujúci vzťah:

ρ_{1 1} V₁ = ρ_{2 2} V₂

V tejto rovnici ρ je hustota kvapaliny.

Pre prípady režimov s trvalým prietokom, v ktorých je hustota konštantná, a preto sa splní, že ρ₁ = ρ₂, je zmenšený na nasledujúci výraz:

₁ V₁ = A₂ V₂

To je rovnocenné s potvrdením, že tok je zachovaný, a preto:

Q₁ = Q₂.

Z pozorovania vyššie uvedeného vyplýva, že tekutiny sa urýchľujú, keď dosiahnu užší úsek potrubia, zatiaľ čo znižujú svoju rýchlosť, keď sa dostanú do širšieho úseku potrubia. Táto skutočnosť má zaujímavé praktické aplikácie, pretože umožňuje hrať s rýchlosťou posunu tekutiny.

Bernoulliho princíp

Princíp Bernoulliho určuje, že pre ideálnu tekutinu (to znamená tekutinu, ktorá nemá ani viskozitu, ani trenie), ktorá sa pohybuje v režime cirkulácie uzavretým potrubím, je splnená skutočnosť, že jej energia zostáva konštantná po celom svojom posunutí.

Nakoniec, Bernoulliho princíp nie je nič iné ako formulácia Zákona o zachovaní energie pre tok tekutiny. Bernoulliho rovnica môže byť teda formulovaná nasledovne:

h + v² / 2g + P / ρg = konštantná

V tejto rovnici h je výška a g je gravitačné zrýchlenie.

V Bernoulliho rovnici sa energia tekutiny berie do úvahy kedykoľvek, energia, ktorá sa skladá z troch zložiek.

- Komponent kinetického charakteru, ktorý zahŕňa energiu, vzhľadom na rýchlosť, s akou sa tekutina pohybuje.

- Zložka vytvorená gravitačným potenciálom v dôsledku výšky, v ktorej sa kvapalina nachádza.

- Zložka energie prúdenia, čo je energia, ktorú tekutina v dôsledku tlaku dlhuje.

V tomto prípade je Bernoulliho rovnica vyjadrená nasledovne:

h ρ g + (v² ρ) / 2 + P = konštanta

Logicky, v prípade skutočnej tekutiny nie je vyjadrenie Bernoulliho rovnice splnené, pretože straty pri trení vznikajú pri premiestňovaní tekutiny a je potrebné uchýliť sa ku komplexnejšej rovnici..

Čo ovplyvňuje objemový prietok?

Objemový prietok bude ovplyvnený, ak je v potrubí prekážka.

Okrem toho sa objemový prietok môže tiež meniť v dôsledku zmien teploty a tlaku v skutočnej tekutine, ktorá prechádza potrubím, najmä ak ide o plyn, pretože objem, ktorý zaberá plyn, sa mení v závislosti od množstva plynu. a tlak, ktorému je vystavený.

Jednoduchý spôsob merania objemového prietoku

Skutočne jednoduchou metódou na meranie objemového prietoku je nechať tekutinu prúdiť do meracej nádrže po určitú dobu.

Táto metóda zvyčajne nie je veľmi praktická, ale pravdou je, že je veľmi jednoduché a veľmi názorné pochopiť význam a dôležitosť poznania toku tekutiny..

Týmto spôsobom sa kvapalina nechá po určitú dobu prúdiť do meracej nádrže, meria sa akumulovaný objem a získaný výsledok sa vydelí uplynutým časom..

referencie

1. Prietok (tekutina) (n.d.). Vo Wikipédii. Získané 15. apríla 2018, z es.wikipedia.org.
2. Objemový prietok (n.d.). Vo Wikipédii. Získané 15. apríla 2018, z en.wikipedia.org.
3. Inžinieri Edge, LLC. "Fluidná objemová prietoková rovnica". Engineers Edge
4. Mott, Robert (1996). "1". Aplikovaná mechanika tekutín (4. vydanie). Mexiko: Pearson Education.
5. Batchelor, G.K. (1967). Úvod do dynamiky tekutín. Cambridge University Press.
6. Landau, L.D .; Lifshitz, E.M. (1987). Mechanika tekutín Kurz teoretickej fyziky (2. ročník). Pergamon Press.