- Beräkning
- Kontinuitetsekvation
- Bernoullis princip
- Vad påverkar det volymetriska flödet?
- Enkel metod för att mäta volymflödet
- referenser
Den volymflödet bestämmer volymen av fluid som strömmar genom en sektion av rörledningen och ger ett mått på den hastighet med vilken fluiden färdas genom den. Därför är dess mätning särskilt intressant inom områden som är så olika som industri, medicin, byggande och forskning, bland andra.
Att mäta hastigheten på en vätska (vare sig det är en vätska, en gas eller en blandning av båda) är emellertid inte så enkelt som att mäta hastigheten för förskjutning av en fast kropp kan vara. Därför händer det att för att känna till vätskans hastighet är det nödvändigt att känna till dess flöde.
Detta och många andra frågor relaterade till vätskor hanteras av den gren av fysik som kallas fluidmekanik. Flöde definieras som hur mycket vätska som passerar genom en sektion av ett rör, vare sig det rör, en oljeledning, en flod, en kanal, ett blodrör etc. med hänsyn till en tidsenhet.
Vanligtvis beräknas volymen som passerar genom ett givet område i en tidsenhet, även kallad volumetriskt flöde. Massan eller massflödet som passerar genom ett visst område vid en viss tidpunkt definieras också, även om det används mindre ofta än volymflödet.
Beräkning
Det volymetriska flödet representeras av bokstaven Q. För de fall där flödet rör sig vinkelrätt mot ledarsektionen bestäms det med följande formel:
Q = A = V / t
I denna formel A är ledarens sektion (det är vätskans medelhastighet), V är volymen och t är tiden. Eftersom det internationella systemet mäter ledarens område eller sektion i m 2 och hastigheten i m / s, mäts flödet i m 3 / s.
För de fall där hastigheten för fluidförskjutningen skapar en vinkel θ med riktningen vinkelrätt mot ytsektionen A är uttrycket för att bestämma flödeshastigheten följande:
Q = A cos θ
Detta överensstämmer med den tidigare ekvationen eftersom flödet är vinkelrätt mot området A, θ = 0 och följaktligen cos θ = 1.
Ovanstående ekvationer är endast sanna om vätskans hastighet är enhetlig och om sektionens area är platt. Annars beräknas det volymetriska flödet genom följande integral:
Q = ∫∫ s vd S
I denna integrerade dS är ytvektorn, bestämd av följande uttryck:
dS = n dS
Där är n enhetsvektorn normal för kanalytan och dS är ett ytdifferensialelement.
Kontinuitetsekvation
Ett kännetecken för inkomprimerbara vätskor är att vätskans massa bevaras med hjälp av två sektioner. Av denna anledning är kontinuitetsekvationen uppfylld, vilket fastställer följande förhållande:
ρ 1 A 1 V 1 = ρ 2 A 2 V 2
I denna ekvation ρ är vätskans densitet.
För fall med regimer i permanent flöde, där densiteten är konstant och därför är det tillfredsställande att ρ 1 = ρ 2 , reduceras den till följande uttryck:
A 1 V 1 = A 2 V 2
Detta motsvarar att bekräfta att flödet bevaras och därför:
Q 1 = Q 2 .
Av observationen av ovanstående följer att vätskor accelererar när de når en smalare del av en ledning, medan de saknar ner när de når en bredare del av en ledning. Detta faktum har intressanta praktiska tillämpningar, eftersom det gör det möjligt att spela med fluidens rörelseshastighet.
Bernoullis princip
Bernoullis princip bestämmer att för en ideal vätska (det vill säga en vätska som varken har viskositet eller friktion) som rör sig i cirkulation genom en sluten ledning, är det sant att dess energi förblir konstant under hela sin förskjutning.
I slutändan är Bernoullis princip inget annat än formuleringen av lagen om bevarande av energi för en vätskeflöde. Således kan Bernoulli-ekvationen formuleras enligt följande:
h + v 2 / 2g + P / ρg = konstant
I denna ekvation är h höjden och g är accelerationen på grund av tyngdkraften.
Bernoulli-ekvationen tar hänsyn till vätskans energi när som helst, en energi som består av tre komponenter.
- En kinetisk komponent som inkluderar energi på grund av hastigheten med vilken vätskan rör sig.
- En komponent genererad av gravitationspotentialen, som en följd av höjden vid vilken vätskan är.
- En komponent i flödenergin, som är den energi som en vätska har på grund av tryck.
I detta fall uttrycks Bernoullis ekvation enligt följande:
h ρ g + (v 2 ρ) / 2 + P = konstant
Logiskt, när det gäller en verklig vätska uppfylls inte uttrycket av Bernoulli-ekvationen, eftersom friktionsförluster uppstår i fluidförskjutningen och det är nödvändigt att ta till en mer komplex ekvation.
Vad påverkar det volymetriska flödet?
Volymflödet påverkas om det finns ett blockering i kanalen.
Dessutom kan den volymetriska flödeshastigheten också ändras på grund av variationer i temperatur och tryck i den verkliga vätskan som rör sig genom en ledning, särskilt om detta är en gas, eftersom volymen som en gas upptar varierar som en funktion av temperatur och tryck vid vilket det är.
Enkel metod för att mäta volymflödet
En riktigt enkel metod för att mäta volymflöde är att låta en vätska strömma in i en doseringstank under en viss tidsperiod.
Denna metod är i allmänhet inte särskilt praktisk, men sanningen är att det är extremt enkelt och mycket illustrerande att förstå innebörden och vikten av att känna till en vätskeflödeshastighet.
På detta sätt tillåts fluiden att strömma in i en doseringstank under en tidsperiod, den ackumulerade volymen mäts och det erhållna resultatet divideras med den förflutna tiden.
referenser
- Flöde (vätska) (nd). På Wikipedia. Hämtad den 15 april 2018 från es.wikipedia.org.
- Volumetrisk flödeshastighet (nd). På Wikipedia. Hämtad den 15 april 2018 från en.wikipedia.org.
- Engineers Edge, LLC. "Fluid Volumetric Flow Rate Equation". Engineers Edge
- Mott, Robert (1996). "ett". Tillämpad fluidmekanik (4: e upplagan). Mexiko: Pearson Education.
- Batchelor, GK (1967). En introduktion till Fluid Dynamics. Cambridge University Press.
- Landau, LD; Lifshitz, EM (1987). Fluid Mechanics. Kurs i teoretisk fysik (2: a upplagan). Pergamon Press.