Innehåll
Volymflödeshastighet är en term i fysiken som beskriver hur mycket materie - i termer av fysiska dimensioner, inte massa - rör sig genom rymden per tidsenhet. Till exempel, när du kör en köksbatteri, passerar en viss mängd vatten (som du kan mäta i flytande uns, liter eller något annat) ur kranens öppning under en viss tid (vanligtvis sekunder eller minuter). Denna mängd betraktas som volymflödeshastigheten.
Uttrycket "volymflödeshastighet" gäller nästan alltid för vätskor och gaser; fasta partiklar "flödar inte", även om de också kan röra sig i jämn takt genom rymden.
Volymflödesfrekvensekvationen
Den grundläggande ekvationen för sådana problem är
Q = AV
var Q är volymflödet, EN är tvärsnittsområdet upptaget av det strömmande materialet, och V är den genomsnittliga flödeshastigheten. V betraktas som ett genomsnitt eftersom inte alla delar av en strömmande vätska rör sig i samma takt. När du till exempel tittar på vattnen i en flod tar sig stadigt nedströms med ett visst antal liter per sekund, märker du att ytan har långsammare strömmar här och snabbare strömmar där.
Tvärsnittet är ofta en cirkel i volymflödeshastighetsproblem, eftersom dessa problem ofta rör cirkulära rör. I dessa fall hittar du området EN genom att kvadratera rörets radie (som är halva diametern) och multiplicera resultatet med konstanten pi (π), som har ett värde på cirka 3.14159.
Den vanliga SI (från det franska för "internationellt system", lika med "metriska") flödeshastigheter är liter per sekund (L / s) eller milliliter per minut (ml / min). Eftersom USA länge har använt kejserliga (engelska) enheter, är det emellertid mycket vanligare att se volymflödeshastigheter uttryckta i gallon / dag, gallon / min (gpm) eller kubikfot per sekund (cfs). För att hitta volymflödeshastigheter i enheter som inte ofta används för detta ändamål kan du använda en online-flödeshastighetsberäknare som den i resurserna.
Massflödeshastighet
Ibland vill du inte bara veta volymen vätska som rör sig per tidsenhet, men mängden massa som detta representerar. Detta är uppenbarligen kritiskt när det gäller konstruktion, när det måste veta hur mycket vikt ett visst rör eller annan vätskekanal eller behållare säkert kan hålla.
Massflödeshastighetsformeln kan härledas från volymflödeshastighetsformeln genom att multiplicera hela ekvationen med fluidens densitet, ρ. Detta följer av det faktum att densiteten är massa dividerad med volym, vilket också betyder att massan är lika med densiteten gånger volymen. Volymflödesekvationen har redan volymenheter per tidsenhet, så för att få massa per tidsenhet behöver du helt enkelt multiplicera med densitet.
Massflödeshastighetsekvationen är därför
ṁ = ρAV
ṁeller "m-dot" är den vanliga symbolen för massflödeshastighet.
Volymflödeshastighetsproblem
Säg att du fick ett rör med en radie på 0,1 m (10 cm, cirka 4 tum) och fick höra att du behövde använda detta rör för att tömma en hel full vattentank på mindre än en timme. Tanken är en cylinder med en höjd (h) på 3 meter och en diameter på 5 meter. Hur snabbt behöver vattenströmmen för att röra sig genom röret, i m3/ s, för att få det här jobbet gjort? Formeln för volymen på en cylinder är π_r_2h.
Ekvationsekvationen är Q = AV, och variabeln du löser för är V.
Beräkna först vattenvolymen i tanken och kom ihåg att radien är halva diametern:
π × (2,5 m)2 × 3 m = 58,9 m3
Bestäm sedan antalet sekunder på en timme:
60 s / min × 60 min / h = 3600 s
Bestäm önskad volymflöde:
Q = 58,9 m3/ 3600 s = 0,01636 m3/ s
Bestäm nu området EN av ditt dräneringsrör:
π × (0.1)2 = 0,0314 m2
Således från ekvationen för volymflödeshastighet du har
V = Q/EN
= 0,01636 m3/ s ÷ 0,0314 m2
= 0,52 m / s = 52 cm / s
Vatten måste tvingas genom röret med en snabb men sannolik hastighet på cirka en halv meter, eller drygt 1,5 fot per sekund för att ordentligt tömma tanken.