OBJEMOVÝ TOK: VÝPOČET A CO TO OVLIVŇUJE - FYZICKÝ - 2025

Objemový průtok určuje objem kapaliny protékající úseku potrubí a je měřítkem rychlosti, kterou se tekutina pohybuje jím. Proto je jeho měření zvláště zajímavé v oblastech, jako jsou průmysl, medicína, stavebnictví a výzkum.

Měření rychlosti tekutiny (ať už jde o kapalinu, plyn nebo směs obou) však není tak jednoduché, jako může být měření rychlosti přemístění pevného tělesa. Proto se stává, že ke zjišťování rychlosti tekutiny je nutné znát její tok.

Tuto a mnoho dalších otázek souvisejících s tekutinami řeší obor fyziky známý jako mechanika tekutin. Tok je definován jako množství tekutiny procházející částí potrubí, ať už jde o potrubí, ropovod, řeku, kanál, krevní potrubí atd., Přičemž se bere v úvahu časová jednotka.

Obvykle se vypočítá objem, který prochází danou oblastí v časové jednotce, nazývaný také objemový tok. Rovněž je definována hmotnost nebo hmotnostní tok, který prochází danou oblastí v určitém čase, ačkoli je používán méně často než objemový tok.

Výpočet

Objemový tok je označen písmenem Q. Pro případy, kdy se tok pohybuje kolmo k vodičové sekci, se určuje podle následujícího vzorce:

Q = A = V / t

V tomto vzorci A je část vodiče (je to průměrná rychlost tekutiny), V je objem at je čas. Vzhledem k tomu, v mezinárodním systému je plocha nebo část vodiče je měřeno v m ^2, a rychlost v m / s, je průtok měřen v m ³ / s.

Pro případy, kdy rychlost posunu tekutiny vytváří úhel 9 se směrem kolmým na povrchovou část A, je výraz pro stanovení průtoku následující:

Q = A cos θ

To je v souladu s předchozí rovnicí, protože když je tok kolmý na oblast A, θ = 0 a následně cos θ = 1.

Výše uvedené rovnice platí pouze tehdy, je-li rychlost tekutiny rovnoměrná a pokud je plocha sekce rovná. V opačném případě se objemový tok vypočítá pomocí následujícího integrálu:

Q = ∫∫ _s vd S

V tomto integrálu je dS povrchový vektor určený následujícím výrazem:

dS = n dS

Tam je n jednotkový vektor kolmý na povrch potrubí a dS je povrchový diferenciální prvek.

Rovnice kontinuity

Charakteristikou nestlačitelných tekutin je to, že hmota tekutiny je konzervována pomocí dvou sekcí. Z tohoto důvodu je rovnice kontinuity splněna, což vytváří následující vztah:

ρ ₁ A ₁ V ₁ = ρ ₂ A ₂ V ₂

V této rovnici ρ je hustota kapaliny.

Pro případy režimů v trvalém toku, ve kterých je hustota konstantní, a proto je uspokojivé, že ρ ₁ = ρ ₂ se sníží na následující výraz:

₁ V ₁ = A ₂ V ₂

To je ekvivalentní potvrzením, že tok je zachován, a proto:

Q ₁ = Q ₂.

Z pozorování výše uvedeného vyplývá, že tekutiny zrychlují, když dosáhnou užší části potrubí, zatímco se zpomalí, když dosáhnou širší části potrubí. Tato skutečnost má zajímavé praktické aplikace, protože umožňuje hraní s rychlostí pohybu tekutiny.

Bernoulliho princip

Bernoulliho princip určuje, že pro ideální tekutinu (tj. Tekutinu, která nemá ani viskozitu, ani tření), která se pohybuje v oběhu uzavřeným potrubím, její energie zůstává konstantní po celou dobu jejího přemístění.

Nakonec Bernoulliho princip není ničím jiným než formulací zákona o zachování energie pro tok tekutiny. Bernoulliho rovnici lze tedy formulovat takto:

h + v ² / 2g + P / ρg = konstanta

V této rovnici h je výška a g je zrychlení v důsledku gravitace.

Bernoulliho rovnice bere v úvahu energii tekutiny v každém okamžiku, energii sestávající ze tří složek.

- Kinetická složka, která obsahuje energii, v důsledku rychlosti, s níž se tekutina pohybuje.

- Komponenta generovaná gravitačním potenciálem v důsledku výšky, ve které je tekutina.

- Složka tokové energie, což je energie, kterou tekutina má v důsledku tlaku.

V tomto případě je Bernoulliho rovnice vyjádřena takto:

h ρ g + (v ² ρ) / 2 + P = konstanta

Logicky v případě skutečné tekutiny není vyjádření Bernoulliho rovnice splněno, protože ke ztrátám třením dochází při přemístění tekutiny a je nutné uchýlit se ke složitější rovnici.

Co ovlivňuje objemový tok?

Objemový průtok bude ovlivněn, pokud dojde k ucpání v potrubí.

Kromě toho se objemový průtok může také měnit v důsledku změn teploty a tlaku ve skutečné tekutině, která se pohybuje potrubím, zejména pokud se jedná o plyn, protože objem, který plyn zabírá, se mění v závislosti na teplota a tlak, při kterém je.

Jednoduchá metoda měření objemového toku

Skutečně jednoduchá metoda měření objemového průtoku je nechat proudit tekutinu do odměřovací nádrže po stanovenou dobu.

Tato metoda není obecně příliš praktická, ale pravdou je, že je velmi jednoduché a velmi ilustrativní porozumět významu a důležitosti poznání průtoku tekutiny.

Tímto způsobem se tekutině nechá proudit do odměřovací nádrže po určitou dobu, změří se nahromaděný objem a získaný výsledek se vydělí uplynulým časem.

Reference

1. Průtok (tekutina) (nd). Na Wikipedii. Citováno z 15. dubna 2018, z es.wikipedia.org.
2. Objemový průtok (nd). Na Wikipedii. Citováno z 15. dubna 2018, z en.wikipedia.org.
3. Engineers Edge, LLC. "Rovnice objemového průtoku tekutin". Engineers Edge
4. Mott, Robert (1996). "jeden". Aplikovaná mechanika tekutin (4. vydání). Mexiko: Pearsonovo vzdělávání.
5. Batchelor, GK (1967). Úvod do dynamiky tekutin. Cambridge University Press.
6. Landau, LD; Lifshitz, EM (1987). Mechanika tekutin. Kurz teoretické fyziky (2. vydání). Pergamon Press.