ОБ'ЄМНИЙ ПОТІК: РОЗРАХУНОК І ЩО НА НЬОГО ВПЛИВАЄ - ФІЗИЧНІ - 2025

Об'ємний потік визначає обсяг рідини , що протікає через ділянку трубопроводу і забезпечує вимірювання швидкості , з якою рідина переміщається по ній. Тому його вимірювання особливо цікаве в таких різноманітних галузях, як промисловість, медицина, будівництво та дослідження.

Однак вимірювати швидкість рідини (будь то рідина, газ або суміш обох) не є таким простим, як можна виміряти швидкість переміщення твердого тіла. Тому буває, що для того, щоб знати швидкість рідини, необхідно знати її течію.

Цим та багатьма іншими питаннями, що стосуються рідин, займається галузь фізики, відома як механіка рідини. Потік визначається як стільки рідини проходить ділянка трубопроводу, будь то трубопровід, нафтопровід, річка, канал, канал крові тощо, з урахуванням одиниці часу.

Зазвичай обчислюється об'єм, який проходить через задану область за одиницю часу, який також називається об'ємним потоком. Також визначається маса або масовий потік, який проходить через задану область в певний час, хоча він використовується рідше, ніж об'ємний потік.

Розрахунок

Об'ємний потік представлений буквою Q. Для випадків, коли потік рухається перпендикулярно до секції провідника, він визначається за такою формулою:

Q = A = V / t

У цій формулі А - переріз провідника (це середня швидкість рідини), V - об'єм, а t - час. Оскільки в міжнародній системі площа або ділянка провідника вимірюються в м ^2, а швидкість в м / с, витрата вимірюється в м ³ / с.

Для випадків, коли швидкість переміщення рідини створює кут θ з напрямком, перпендикулярним до ділянки поверхні A, вираз для визначення швидкості потоку є наступним:

Q = A cos θ

Це узгоджується з попереднім рівнянням, оскільки коли потік перпендикулярний площі A, θ = 0 і, отже, cos θ = 1.

Вищенаведені рівняння справедливі лише в тому випадку, якщо швидкість рідини рівномірна і якщо площа перерізу рівна. В іншому випадку об'ємний потік обчислюється через наступний інтеграл:

Q = ∫∫ _s vd S

У цьому інтегралі dS є поверхневий вектор, який визначається наступним виразом:

dS = n dS

Там n - одиничний вектор, нормальний для поверхні каналу, а dS - поверхневий диференційний елемент.

Рівняння безперервності

Характерним для несжимаемих рідин є те, що маса рідини зберігається за допомогою двох секцій. З цієї причини виконується рівняння безперервності, яке встановлює такий взаємозв'язок:

ρ ₁ A ₁ V ₁ = ρ ₂ A ₂ V ₂

У цьому рівнянні ρ - щільність рідини.

Для випадків режимів постійного потоку, в яких щільність є постійною і, отже, виконується умова, що ρ ₁ = ρ ₂ , вона зводиться до наступного виразу:

A ₁ V ₁ = A ₂ V ₂

Це еквівалентно підтвердженню збереження потоку, а отже:

Q ₁ = Q ₂ .

Зі спостереження вищесказаного випливає, що рідини прискорюються, коли вони досягають вужчого ділянки трубопроводу, а сповільнюються, коли досягають більш широкого перерізу трубопроводу. Цей факт має цікаве практичне застосування, оскільки дозволяє грати зі швидкістю руху рідини.

Принцип Бернуллі

Принцип Бернуллі визначає, що для ідеальної рідини (тобто рідини, яка не має ні в'язкості, ні тертя), яка рухається в циркуляції по замкнутому трубопроводі, її енергія залишається постійною протягом усього переміщення.

Зрештою, принцип Бернуллі - це не що інше, як формулювання Закону збереження енергії для потоку рідини. Таким чином, рівняння Бернуллі можна сформулювати так:

h + v ² / 2g + P / ρg = константа

У цьому рівнянні h - висота, а g - прискорення за рахунок сили тяжіння.

Рівняння Бернуллі враховує енергію рідини в будь-який момент, енергію, що складається з трьох компонентів.

- Кінетичний компонент, що включає енергію, завдяки швидкості, з якою рухається рідина.

- компонент, породжений гравітаційним потенціалом, як наслідок висоти, на якій знаходиться рідина.

- Складова енергії потоку, яка є енергією, якою володіє рідина завдяки тиску.

У цьому випадку рівняння Бернуллі виражається так:

h ρ g + (v ² ρ) / 2 + P = константа

Логічно, що у випадку реальної рідини вираження рівняння Бернуллі не виконується, оскільки втрати на тертя виникають при переміщенні рідини, і необхідно вдатися до більш складного рівняння.

Що впливає на об'ємний потік?

На об’ємний потік буде впливати, якщо в протоці є закупорка.

Крім того, об'ємний витрата може також змінюватися через зміни температури та тиску в реальній рідині, яка рухається по трубопроводу, особливо якщо це газ, оскільки об'єм, який займає газ, змінюється залежно від температура і тиск, при якому вона знаходиться.

Простий метод вимірювання об'ємного потоку

Дійсно простий метод вимірювання об'ємного потоку полягає в тому, щоб рідина потрапляла в дозуючий бак протягом заданого періоду часу.

Цей метод, як правило, не дуже практичний, але правда полягає в тому, що зрозуміти значення та важливість знання швидкості потоку рідини надзвичайно просто і дуже наочно.

Таким чином, рідині дозволяється стікати в дозуючий бак протягом періоду часу, вимірюється накопичений об'єм і отриманий результат ділиться на минулий час.

Список літератури

1. Потік (рідина) (другий). У Вікіпедії. Отримано 15 квітня 2018 року з es.wikipedia.org.
2. Об'ємний витрата (nd). У Вікіпедії. Отримано 15 квітня 2018 року з en.wikipedia.org.
3. Інженери Edge, LLC. "Рівняне об'ємне витрата рідини". Інженери Край
4. Мотт, Роберт (1996). "один". Прикладна механіка рідини (4-е видання). Мексика: Пірсон освіта.
5. Батчелор, Г.К. (1967). Вступ до динаміки рідин. Cambridge University Press.
6. Ландау, Л.Д .; Ліфшиц, Е. М. (1987). Механіка рідини. Курс теоретичної фізики (2-е видання). Пергамоновий прес.