חישוב זרימה Volumetric ומה משפיע על זה

ה זרימה וולומטרית זה מאפשר לקבוע את נפח הנוזל שחוצה קטע של צינור ומציע מידה של המהירות שבה נוזל נע דרך דרכו. לכן, המדידה שלה מעניינת במיוחד בתחומים מגוונים כמו תעשיית, רפואה, בנייה ומחקר, בין היתר.

עם זאת, מדידת מהירות הנוזל (בין אם הוא נוזל, גז או תערובת של שניהם) אינה פשוטה כמו מדידת מהירות התנועה של גוף מוצק. לכן, זה קורה כי כדי לדעת את המהירות של נוזל יש צורך לדעת את זרימתו.

זה ועוד נושאים רבים הקשורים לנוזלים מטופלים על ידי ענף של פיזיקה המכונה מכניקת נוזלים. קצב הזרימה מוגדר כמספר הנוזלים העוברים דרך קטע של צינור, בין אם הוא צינור, צינור נפט, נהר, תעלה, צינור דם וכו ', תוך התחשבות ביחידה זמנית.

בדרך כלל נפח החוצה אזור מסוים מחושב ביחידת זמן, המכונה גם זרימה volumetric. מסה או זרימת המסה החוצה אזור מסוים בזמן מסוים מוגדר גם, אם כי הוא משמש פחות תדירות מאשר זרימה volumetric.

אינדקס

• 1 חישוב
  • 1.1 משוואת המשכיות
  • 1.2 עקרון ברנולי
• 2 מה משפיע על זרימת נפח?
  • 2.1 שיטה פשוטה למדידת זרימה volumetric
• 3 הפניות 

חישוב

הזרימה הוולומטרית מיוצגת על ידי האות Q. עבור המקרים שבהם הזרימה נע בניצב לקטע של המנצח, הוא נקבע עם הנוסחה הבאה:

Q = A = V / t

הנוסחה A הוא סעיף המנצח (היא המהירות הממוצעת כי נוזל יש), V הוא נפח ו T הוא הזמן. מאחר שבמערכת הבינלאומית נמדדים השטח או החלק של הנהג במטר² ואת המהירות מ / ש, זרימה נמדדת מ '³/ s.

במקרים בהם מהירות ההעתקה של הנוזל יוצרת זווית θ עם כיוון הניצב לקטע של משטח A, הביטוי כדי לקבוע את הזרימה הוא כדלקמן:

Q = A cos θ

זה עולה בקנה אחד עם המשוואה הקודמת, שכן כאשר הזרימה היא מאונכת לאזור A, θ = 0, וכתוצאה מכך, cos θ = 1.

המשוואות לעיל נכונות רק אם מהירות הנוזל אחידה ואם שטח החתך שטוח. אחרת, זרימה volumetric מחושב באמצעות אינטגרל הבא:

Q = ∫∫_s v d s

ב DS זה אינטגרלי הוא וקטור פני השטח, שנקבע על ידי הביטוי הבא:

dS = n dS

שם, n הוא וקטור יחידה נורמלי על פני השטח של צינור ו dS אלמנט משטח דיפרנציאלי.

משוואת המשכיות

מאפיין של נוזלים בלתי דליקים הוא כי המוני של הנוזל נשמר באמצעות שני קטעים. לכן, משוואת המשכיות מתקיימת, אשר קובע את היחסים הבאים:

ρ₁ א₁ אשר₁ 49 ρ₂ א₂ אשר₂

במשוואה זו ρ היא צפיפות הנוזל.

עבור מקרים של משטרים בזרימה קבועה, שבה הצפיפות היא קבועה, ולכן, הוא מילא כי ρ₁ 49 ρ₂, הוא מצטמצם לביטוי הבא:

א₁ אשר₁ = A₂ אשר₂

זה שווה ערך המאשר כי הזרימה נשמרת, ולכן:

ש₁ = Q₂.

מן התצפית של הנ"ל הוא להסיק כי הנוזלים הם מואצים כאשר הם מגיעים קטע צר של צינור, תוך שהם להפחית את המהירות שלהם כאשר הם מגיעים לחלק רחב יותר של צינור. עובדה זו יש יישומים מעשיים מעניינים, שכן היא מאפשרת לשחק עם המהירות של עקירה של נוזל.

העיקרון של ברנולי

העיקרון של ברנולי קובע כי עבור נוזל אידיאלי (כלומר, נוזל שאין לו צמיגות ולא חיכוך) המניע במשטר של זרימה על ידי צינור סגור הוא מילא כי האנרגיה שלה נשאר קבוע לאורך כל עקירה שלה.

בסופו של דבר, העיקרון של ברנולי אינו אלא ניסוח חוק שימור האנרגיה לזרימת נוזל. כך ניתן לנסח את משוואת ברנולי כדלקמן:

h + v² / 2g + P / ρg = קבוע

במשוואה זו h הוא גובה ו- G הוא תאוצה של כוח הכבידה.

במשוואת ברנולי, האנרגיה של נוזל נלקחת בחשבון בכל עת, אנרגיה המורכבת משלושה מרכיבים.

- מרכיב של אופי קינטי הכולל את האנרגיה, בשל המהירות שבה נוזל נע.

- רכיב שנוצר על ידי פוטנציאל כבידה, כתוצאה מהגובה שבו ממוקם נוזל.

- מרכיב באנרגיה של זרימה, שהיא האנרגיה שנוזל חייב בשל הלחץ.

במקרה זה, משוואת ברנולי באה לידי ביטוי כדלקמן:

h ρ g + (v² ρ) / 2 + P = קבוע

מבחינה הגיונית, במקרה של נוזל אמיתי, הביטוי של משוואת ברנולי אינו מתממש, שכן הפסדי החיכוך מתרחשים בהעתקת הנוזל ויש צורך במשוואה מורכבת יותר.

מה משפיע על זרימה volumetric?

זרימה volumetric יושפע אם יש חסימה בצינור.

בנוסף, זרימה volumetric יכול גם להשתנות עקב וריאציות טמפרטורה ולחץ על הנוזל בפועל נסיעה דרך צינור, במיוחד אם זה גז, שכן נפח הכבוש על ידי גז משתנה בהתאם הטמפרטורה והלחץ שאליו הוא נמצא.

שיטה פשוטה למדידת זרימה volumetric

שיטה פשוטה באמת למדוד את זרימת volumetric היא לתת זרימת נוזל לתוך מיכל מדידה לתקופה מסוימת של זמן.

שיטה זו היא בדרך כלל לא מאוד מעשי, אבל האמת היא שזה פשוט מאוד וממחיש מאוד להבין את המשמעות והחשיבות של לדעת את זרימת נוזל.

בדרך זו, הנוזל מותר לזרום לתוך מיכל מדידה לתקופה של זמן, נפח שנצבר נמדד ואת התוצאה המתקבל מחולק על ידי הזמן שחלף.

הפניות

1. זרימה (נוזל) (n.d). בוויקיפדיה. מאוחסן ב -15 באפריל 2018, מ es.wikipedia.org.
2. קצב זרימה וולומטרי (n.d). בוויקיפדיה. מאוחסן ב- 15 באפריל 2018, מ- en.wikipedia.org.
3. מהנדסים אדג ', LLC. "נוזל זרימה נפח זרימה משוואה". מהנדסים אדג '
4. מוט, רוברט (1996). "1" מכניקת נוזלים יישומית (מהדורה 4). מקסיקו: חינוך פירסון.
5. Batchelor, G.K. (1967). מבוא לדינאמיקה של נוזלים. הוצאת אוניברסיטת קיימברידג '.
6. לנדאו, ל. ליפשיץ, א. (1987). מכניקת נוזלים קורס בפיסיקה תיאורטית (מהדורה שנייה). הוצאת פרגמון.