- Kalkulácia
- Rovnica kontinuity
- Bernoulliho princíp
- Čo ovplyvňuje objemový tok?
- Jednoduchá metóda merania objemového prietoku
- Referencie
Objemový prietok určuje objem kvapaliny pretekajúcej úseku potrubia a je meradlom rýchlosti, ktorou sa tekutina pohybuje ním. Preto je jeho meranie zvlášť zaujímavé v oblastiach, ako sú priemysel, medicína, stavebníctvo a výskum.
Meranie rýchlosti tekutiny (či už ide o kvapalinu, plyn alebo zmes obidvoch) však nie je také jednoduché, ako je meranie rýchlosti posuvu tuhého telesa. Preto sa stáva, že na poznanie rýchlosti tekutiny je potrebné poznať jej prietok.
Touto a mnohými ďalšími otázkami týkajúcimi sa tekutín sa zaoberá odbor fyziky známy ako mechanika tekutín. Tok je definovaný ako koľko tekutiny prechádza časť potrubia, či už ide o potrubie, ropovod, rieku, kanál, krvné potrubie atď., Pričom sa berie do úvahy časová jednotka.
Zvyčajne sa vypočíta objem, ktorý prechádza danou oblasťou v časovej jednotke, tiež nazývaný objemový tok. Hmotnosť alebo hmotnostný tok, ktorý prechádza danou oblasťou v konkrétnom čase, je tiež definovaný, hoci sa používa menej často ako objemový prietok.
Kalkulácia
Objemový prietok je označený písmenom Q. Pre prípady, keď sa tok pohybuje kolmo na vodivú časť, sa určuje podľa tohto vzorca:
Q = A = V / t
V tomto vzorci A je časť vodiča (je to priemerná rýchlosť tekutiny), V je objem at je čas. Vzhľadom k tomu, v medzinárodnom systéme je plocha alebo časť vodiča je merané v m 2, a rýchlosť v m / s, je prietok meraný v m 3 / s.
V prípadoch, keď rýchlosť posunu tekutiny vytvára uhol 9 so smerom kolmým na povrchovú časť A, je výrazom, ktorým sa určuje prietok, toto:
Q = A cos 9
To je v súlade s predchádzajúcou rovnicou, pretože keď je tok kolmý na plochu A, θ = 0 a následne cos θ = 1.
Vyššie uvedené rovnice sú pravdivé iba vtedy, ak je rýchlosť tekutiny rovnomerná a plocha rezu je rovná. Inak sa objemový prietok vypočíta pomocou tohto integrálu:
Q = v s vd S
V tomto integrálnom dS je povrchový vektor určený nasledujúcim výrazom:
dS = n dS
Tam je n jednotkový vektor kolmý na povrch potrubia a dS je povrchový diferenčný prvok.
Rovnica kontinuity
Charakteristikou nestlačiteľných tekutín je to, že hmotnosť tekutiny je konzervovaná pomocou dvoch častí. Z tohto dôvodu je rovnica kontinuity splnená, ktorá vytvára nasledujúci vzťah:
ρ 1 1 V 1 = ρ 2 2 V 2
V tejto rovnici ρ je hustota kvapaliny.
V prípade režimov s trvalým tokom, v ktorých je hustota konštantná, a preto je uspokojivé, že ρ 1 = ρ 2 sa zníži na nasledujúci výraz:
1 V 1 = A 2 V 2
Toto je ekvivalentné potvrdeniu, že tok je zachovaný, a preto:
Q 1 = Q 2 .
Z pozorovania vyššie uvedeného vyplýva, že tekutiny sa zrýchľujú, keď sa dostanú do užšej časti potrubia, zatiaľ čo sa spomalia, keď dosiahnu širšiu časť potrubia. Táto skutočnosť má zaujímavé praktické aplikácie, pretože umožňuje hranie s rýchlosťou pohybu tekutiny.
Bernoulliho princíp
Bernoulliho princíp určuje, že pre ideálnu tekutinu (tj tekutinu, ktorá nemá ani viskozitu, ani trenie), ktorá sa pohybuje v obehu uzavretým potrubím, jej energia zostáva konštantná po celú dobu jej posunu.
Bernoulliho princíp v konečnom dôsledku nie je ničím iným ako formuláciou zákona o ochrane energie pre tok tekutiny. Bernoulliho rovnicu je teda možné formulovať takto:
H + V 2 / 2g + P / ρg = konštanta
V tejto rovnici h je výška ag je zrýchlenie spôsobené gravitáciou.
Bernoulliho rovnica berie do úvahy energiu tekutiny v každom okamihu, energiu pozostávajúcu z troch zložiek.
- Kinetická zložka, ktorá obsahuje energiu v dôsledku rýchlosti, ktorou sa tekutina pohybuje.
- Komponent generovaný gravitačným potenciálom v dôsledku výšky, v ktorej je tekutina.
- Zložka prúdiacej energie, ktorá je energiou, ktorú tekutina vlastní tlakom.
V tomto prípade je Bernoulliho rovnica vyjadrená takto:
h ρ g + (v 2 ρ) / 2 + P = konštanta
Logicky, v prípade skutočnej tekutiny, nie je výraz Bernoulliho rovnice splnený, pretože v tekutinovom posunutí dochádza k stratám trením a je potrebné uchýliť sa k zložitejšej rovnici.
Čo ovplyvňuje objemový tok?
Objemový prietok bude ovplyvnený, ak dôjde k zablokovaniu v potrubí.
Okrem toho sa objemový prietok môže tiež meniť v dôsledku zmien teploty a tlaku v reálnej tekutine, ktorá sa pohybuje potrubím, najmä ak ide o plyn, pretože objem, ktorý plyn zaberá, sa mení v závislosti od teplota a tlak, pri ktorom je.
Jednoduchá metóda merania objemového prietoku
Skutočne jednoduchý spôsob merania objemového prietoku je nechať prúdiť tekutinu do odmernej nádrže na stanovenú dobu.
Táto metóda nie je vo všeobecnosti príliš praktická, ale pravdou je, že je veľmi jednoduché a veľmi ilustratívne pochopiť význam a dôležitosť poznania prietoku tekutiny.
Týmto spôsobom sa tekutine nechá prúdiť do odmernej nádrže na určité časové obdobie, zmeria sa nahromadený objem a získaný výsledok sa vydelí uplynutým časom.
Referencie
- Prietok (tekutina) (nd). Na Wikipédii. Získané 15. apríla 2018, zo stránky es.wikipedia.org.
- Objemový prietok (nd). Na Wikipédii. Našiel sa 15. apríla 2018 z en.wikipedia.org.
- Engineers Edge, LLC. "Rovnica objemového prietoku tekutín". Edge Edge
- Mott, Robert (1996). "Jeden". Aplikovaná mechanika tekutín (4. vydanie). Mexiko: Pearson Education.
- Batchelor, GK (1967). Úvod do dynamiky tekutín. Cambridge University Press.
- Landau, LD; Lifshitz, EM (1987). Mechanika tekutín. Kurz teoretickej fyziky (2. vydanie). Pergamon Press.