Volumetrisk flyt: Beregning og hva som påvirker det
Den volumetriske strømningen tillater å bestemme volumet av væske som krysser en del av ledningen og gir et mål på hastigheten som væsken beveger seg gjennom den. Derfor er målingen særlig interessant i områder som er så forskjellige som industri, medisin, bygg og forskning, blant annet.
Imidlertid er det ikke så enkelt å måle hastigheten til et fluid (det være seg en væske, en gass eller en blanding av begge) som å måle bevegelseshastigheten til et fast legeme. Derfor skjer det at å vite hastigheten til et væske, er det nødvendig å vite strømmen.
Dette og mange andre problemer relatert til væsker behandles av grenen av fysikk kjent som væskemekanikk. Strømmen er definert som hvor mye væske passerer gjennom en del av en rørledning, enten det er en rørledning, en oljerørledning, en elv, en kanal, en blodledning etc. ved å ta hensyn til en midlertidig enhet.
Vanligvis er volumet som krysser et bestemt område, beregnet i en tidsenhet, også kalt volumetrisk strømning. Massen eller massestrømmen som krysser et bestemt område på et bestemt tidspunkt, defineres også, selv om det brukes mindre ofte enn den volumetriske strømmen.
beregningen
Den volumetriske strømningen er representert ved bokstaven Q. For de tilfeller hvor strømmen beveger seg vinkelrett på leddens seksjon, bestemmes den med følgende formel:
Q = A = V / t
I formelen A er delen av lederen (det er gjennomsnittshastigheten som fluidet har), V er volumet og t tiden. Siden i det internasjonale systemet måles området eller delen av lederen i m2 og hastigheten i m / s, strømmen måles m3 / s.
For tilfeller hvor hastigheten av forskyvningen av fluidet skaper en vinkel θ med retningen vinkelrett på delen av overflate A, er uttrykket for å bestemme strømmen følgende:
Q = A cos θ
Dette er i tråd med forrige ligning, siden når strømmen er vinkelrett på området A, θ = 0 og følgelig cos θ = 1.
Ovennevnte ligninger er bare sant hvis fluidets hastighet er jevn og hvis området av seksjonen er flatt. Ellers beregnes volumetrisk strøm gjennom følgende integral:
Q = ∫∫ s vd S
I dette integrale dS er overflatevektoren bestemt av følgende uttrykk:
dS = n dS
Der er n enheten vektoren normal til overflaten av ledningen og dS et differensial element av overflaten.
Kontinuitetslikning
Et kjennetegn ved inkompressible fluider er at væskens masse er konservert ved hjelp av to seksjoner. Derfor er kontinuitetslikningen oppfylt, noe som etablerer følgende forhold:
p 1 A 1 V 1 = p 2 A 2 V 2
I denne ligningen er ρ densiteten av væsken.
For tilfeller av regimer i permanent flyt, der tettheten er konstant og derfor er oppfylt at p 1 = p 2, blir den redusert til følgende uttrykk:
A 1 V 1 = A 2 V 2
Dette tilsvarer å bekrefte at strømmen er bevart og derfor:
Q 1 = Q 2 .
Fra observasjonen av ovenstående er det utledet at væskene er akselerert når de når en smalere del av en kanal, mens de reduserer hastigheten når de når en bredere del av en rørledning. Dette faktum har interessante praktiske anvendelser, siden det tillater å spille med hastigheten av forskyvning av et fluidum.
Bernoullis prinsipp
Prinsippet av Bernoulli bestemmer at for en ideell væske (det vil si en væske som ikke har viskositet eller friksjon) som beveger seg i sirkulasjonsregimet av en lukket kanal, er det oppfylt at energien forblir konstant langs all sin forskyvning.
Til slutt er Bernoullis prinsipp ikke noe annet enn formuleringen av energibesparelsesloven for flyt av en væske. Dermed kan Bernoulli-ligningen formuleres som følger:
h + v2 / 2g + P / ρg = konstant
I denne ligningen er h høyden og g er akselerasjonen av tyngdekraften.
I Bernoulli-ligningen tas energi av en væske til enhver tid hensyn til energi som består av tre komponenter.
- En komponent av kinetisk karakter som inkluderer energien, på grunn av hastigheten som væsken beveger seg på.
- En komponent generert av gravitasjonspotensialet, som følge av høyden som væsken er plassert på.
- En komponent av strømmen av strøm, som er energien som et væske skylder på grunn av trykket.
I dette tilfellet uttrykkes Bernoulli-ligningen som følger:
h ρ g + (v2 ρ) / 2 + P = konstant
Logisk, når det gjelder en ekte væske, er uttrykket av Bernoulli-ligningen ikke oppfylt, siden friksjonstap forekommer i forskyvningen av fluidet, og det er nødvendig å ty til en mer kompleks ekvation.
Hva påvirker volumetrisk strømning?
Den volumetriske strømmen vil bli påvirket dersom det er en hindring i kanalen.
I tillegg kan volumetrisk strømning også endres på grunn av variasjoner i temperatur og trykk i selve fluidet som beveger seg gjennom en kanal, spesielt hvis dette er en gass, da volumet som okkupert av en gass varierer i henhold til temperatur og trykk.
Enkel metode for måling av volumetrisk strømning
En veldig enkel metode for måling av volumetrisk strømning er å la en væskestrøm i en måttank i en viss tidsperiode.
Denne metoden er vanligvis ikke veldig praktisk, men sannheten er at det er ekstremt enkelt og veldig illustrativt å forstå betydningen og betydningen av å vite flyt av en væske.
På denne måten får væsken til å strømme inn i en målingstank i en tidsperiode, det akkumulerte volumet måles og det oppnådde resultat deles av den forløpte tiden.
