Perhitungan Aliran Volumetrik dan Apa Yang Mempengaruhinya



The aliran volumetrik ia membolehkan untuk menentukan jumlah bendalir yang melintasi bahagian saluran dan menawarkan ukuran kelajuan yang mana bendalir bergerak melaluinya. Oleh itu, ukurannya amat menarik di kawasan yang pelbagai seperti industri, perubatan, pembinaan dan penyelidikan, antara lain.

Walau bagaimanapun, mengukur halaju cecair (sama ada cecair, gas atau campuran kedua-duanya) tidak semudah mengukur kelajuan pergerakan badan padat. Oleh itu, ia berlaku untuk mengetahui kelajuan cecair yang diperlukan untuk mengetahui alirannya.

Ini dan banyak isu lain yang berkaitan dengan cecair diuruskan oleh cawangan fizik yang dikenali sebagai mekanik bendalir. Aliran ditakrifkan sebagai berapa banyak cecair melalui satu bahagian saluran, sama ada paip, saluran paip, sungai, terusan, saluran darah, dan lain-lain, dengan mengambil kira unit sementara.

Biasanya jumlah yang melintasi kawasan tertentu dikira dalam satu unit masa, juga dikenali sebagai aliran volumetrik. Aliran jisim atau massa yang melintasi kawasan tertentu pada masa tertentu juga ditakrifkan, walaupun digunakan lebih kerap daripada aliran volumetrik.

Indeks

  • 1 Pengiraan
    • 1.1 persamaan kesinambungan
    • 1.2 Prinsip Bernoulli
  • 2 Apa yang menjejaskan aliran volumetrik?
    • 2.1 Cara mudah mengukur aliran volumetrik
  • 3 Rujukan 

Pengiraan

Aliran volumetrik diwakili oleh huruf Q. Bagi kes-kes di mana aliran bergerak tegak lurus ke bahagian konduktor, ia ditentukan dengan formula berikut:

Q = A = V / t

Dalam formula A tersebut adalah bahagian konduktor (ia adalah kelajuan purata yang mempunyai bendalir), V adalah jumlah dan t ialah masa. Oleh kerana dalam sistem antarabangsa kawasan atau bahagian pemandu diukur dalam m2 dan kelajuan dalam m / s, aliran diukur m3/ s.

Bagi kes-kes di mana halaju anjakan cecair mencipta sudut θ dengan arah yang berserenjang dengan seksyen permukaan A, ungkapan untuk menentukan aliran adalah seperti berikut:

Q = A cos θ

Ini adalah konsisten dengan persamaan sebelumnya, kerana apabila aliran adalah tegak lurus ke kawasan A, θ = 0 dan, akibatnya, cos θ = 1.

Persamaan di atas hanya benar jika kelajuan cecair seragam dan jika kawasan bahagian itu rata. Jika tidak, arus volumetrik dikira melalui integral berikut:

Q = ∫∫s v d S

Dalam dS integral ini adalah vektor permukaan, ditentukan oleh ungkapan berikut:

dS = n dS

Di sana, n adalah vektor unit normal ke permukaan salur dan dS elemen permukaan yang berbeza.

Persamaan kesinambungan

Ciri-ciri cecair yang tidak dapat dikompresikan ialah jisim cecair yang dipelihara dengan menggunakan dua bahagian. Oleh itu, persamaan kesinambungan dipenuhi, yang mewujudkan hubungan berikut:

ρ1 A1 V1 = ρ2 A2 V2

Dalam persamaan ini ρ ialah kepadatan bendalir.

Bagi kes-kes rejim dalam aliran tetap, di mana ketumpatan adalah malar dan, oleh itu, ia dipenuhi bahawa ρ1 = ρ2, ia dikurangkan kepada ungkapan berikut:

A1 V1 = A2 V2

Ini bersamaan dengan mengesahkan bahawa aliran itu dipelihara dan oleh itu:

Q1 = Q2.

Dari pemerhatian di atas, ia mengikuti bahawa cecair yang dipercepatkan apabila mereka sampai ke bahagian yang lebih sempit salur, di samping mengurangkan kelajuannya apabila mereka sampai ke bahagian yang lebih luas daripada saluran. Fakta ini mempunyai aplikasi praktikal yang menarik, kerana ia membolehkan bermain dengan laju anjakan cecair.

Prinsip Bernoulli

Prinsip Bernoulli menentukan bahawa dengan cecair ideal (iaitu, cecair yang tidak mempunyai kelikatan atau geseran) bergerak dalam kadar edaran oleh saluran tertutup memenuhi tenaga kekal malar di sepanjang pergerakan mereka.

Akhirnya, prinsip Bernoulli tidak lain hanyalah penggubalan Hukum pemuliharaan tenaga untuk aliran bendalir. Oleh itu, persamaan Bernoulli boleh dirumuskan seperti berikut:

h + v2 / 2g + P / ρg = malar

Dalam persamaan ini h ialah ketinggian dan g ialah pecutan graviti.

Dalam persamaan Bernoulli, tenaga cecair diambil kira pada bila-bila masa, tenaga yang terdiri daripada tiga komponen.

- Satu komponen watak kinetik yang merangkumi tenaga, kerana kelajuan yang mana cecair bergerak.

- Komponen yang dihasilkan oleh potensi graviti, akibat daripada ketinggian di mana bendalir terletak.

- Komponen tenaga aliran, iaitu tenaga yang ditanggung bendalir akibat tekanan.

Dalam kes ini, persamaan Bernoulli dinyatakan seperti berikut:

h ρ g + (v2 ρ) / 2 + P = malar

Jelas sekali, dalam hal suatu ungkapan cecair sebenar persamaan Bernoulli tidak berpuas hati, kerana dalam anjakan kerugian geseran bendalir berlaku dan adalah perlu untuk menggunakan persamaan yang lebih kompleks.

Apa yang menjejaskan aliran volumetrik?

Aliran volumetrik akan terjejas sekiranya ada halangan dalam salur.

Di samping itu, aliran isipadu juga boleh menukar kesan perubahan suhu dan tekanan di dalam bendalir sebenar bergerak melalui saluran, terutamanya jika ia adalah gas, kerana isipadu yang dipenuhi oleh gas yang berbeza bergantung kepada suhu dan tekanan yang mana.

Kaedah mudah mengukur aliran volumetrik

Kaedah yang sangat mudah untuk mengukur aliran volumetrik ialah membiarkan aliran bendalir menjadi tangki pengukur untuk tempoh masa tertentu.

Kaedah ini biasanya tidak praktikal, tetapi kebenarannya adalah sangat mudah dan sangat ilustrasi untuk memahami makna dan kepentingan mengetahui aliran bendalir.

Dengan cara ini, bendalir dibenarkan untuk mengalir ke dalam tangki ukur untuk suatu tempoh masa, jumlah terkumpul diukur dan keputusan yang diperoleh dibahagi dengan masa berlalu.

Rujukan

  1. Flow (Fluid) (n.d.). Di Wikipedia. Diperoleh pada 15 April 2018, dari es.wikipedia.org.
  2. Kadar aliran volumetrik (n.d.). Di Wikipedia. Diperoleh pada 15 April 2018, dari en.wikipedia.org.
  3. Jurutera Edge, LLC. "Persamaan Kadar Aliran Volumetrik Fluida". Jurutera Edge
  4. Mott, Robert (1996). "1" Mekanik bendalir yang terpakai (edisi ke-4). Mexico: Pendidikan Pearson.
  5. Batchelor, G.K. (1967). Pengenalan kepada Dinamik Fluida. Cambridge University Press.
  6. Landau, L.D.; Lifshitz, E.M. (1987). Mekanis Fluida Kursus Fizik Teoritis (edisi ke-2). Pergamon Press.