Az áramlási sebesség kiszámítása

Tartalom

• Átfolyás kiszámítása egy nyíláson keresztül
• Az áramlási sebesség képlettel
• Áramlási sebesség kiszámítása nyomással

A víz áramlási sebességének megállapítása a kifolyóból, például egy kerti csapból vagy fürdőszobai csapból, egy egyszerű gyakorlat, amely nem igényel többet, mint egy vödör és egy időzítő. Az áramlási sebesség kiszámítása nyitott vályúban, például csatornában vagy folyóágyon, egy kicsit bonyolultabb, és a folyadék áramlási sebességének kiszámítása egy zárt csőben még ennél is bonyolultabb.

Az áramlási sebesség képlete általában: Q = A × v, ahol Q az áramlási sebesség, A a keresztmetszeti terület az áramlás útjának egy pontján, és v a folyadék sebessége ezen a ponton. Egyes helyzetekben, például a folyómederben folyó víz számításához A nehéz, és a legjobb, amit tehetünk, egy közelítés. Másokban, például egy zárt csőben folyó folyadék esetében ez nehéz mérni v, de nem kell. Ha meg tudja mérni a folyadéknyomást, használhatja a Poiseuilles törvényt.

Átfolyás kiszámítása egy nyíláson keresztül

Ha tudnia kell a nyíláson átmenő áramlási sebességet, például egy csapot vagy csepegtetőt, csak annyit kell tennie, hogy hagyjon egy bizonyos térfogatot felhalmozódni egy tartályban, és meg kell mérnie, hogy mennyi ideig tart a felhalmozódás. Például mérheti az áramlási sebességet egy csapból úgy, hogy hagyja, hogy a víz feltöltsön egy 5 gallonos vödröt, és rögzítse az időt. Ossza el az 5-öt az időegységre eső gallonok számának meghatározásához szükséges idővel. Ha az időt percben méri, akkor az eredményt gallon / perc értéken kapja meg.

Az áramlási sebesség méréséhez egy kis nyílásból, például egy csepp kibocsátó nyílásából, sokkal kisebb tárolóedényre, például negyeddobozra, és hosszabb időegységre van szüksége, de az elv ugyanaz. A cseppfolyósítókat általában óránként kibocsátott gallonszám szerint osztályozzák. Egy kibocsátó, amely óránként 1 gallont bocsát ki, 15 perc alatt kitölti a negyeditalát.

Az áramlási sebesség képlettel

Ha látja, hogy a folyadék folyik, akkor meg tudja mérni annak sebességét, és ez azt jelenti, hogy csak arra a területre van szüksége, amelyen a folyadék áramlik, hogy kiszámítsa az áramlási sebességet a képlet segítségével Q = A × v.

Ha a folyadék egy nyíláson vagy átlátszó csövön keresztül áramlik, akkor a sebesség mérésének egyik módja a festék markerként való bevitele és az, hogy meddig tart a festék két pont átjutásáig. A cső vagy a nyílás sugárának megmérése után kiszámolhatja a területet π_r_ segítségével², majd használja v × A az áramlási sebesség kiszámításához.

A természeti adottságokon (például egy folyóágyon) történő átfolyáshoz meg kell közelíteni a területet. Tegyük fel, hogy a folyó legmélyebb része egy félhengeres vályú sugara. Számítsa ki a keresztmetszeti területet a π_r_ segítségével², majd vegye be ennek felét és használja fel A az egyenletben Q = v × A hozzávetőleges áramlási sebesség eléréséhez.

Áramlási sebesség kiszámítása nyomással

Ha egy folyadék áramlik egy zárt csőön, akkor nem láthatja, így nem tudja megmérni annak sebességét. Ha azonban meg tudja mérni a folyadék nyomását - amit általában könnyű megtenni, nyomásmérővel -, akkor a Poiseuilles törvény segítségével kiszámíthatja az áramlási sebességet. A Poiseuilles törvény szerint az áramlási sebesség Q közvetlenül változik a cső végei és a cső sugara negyedik teljesítménye közötti Δ_p_ nyomáskülönbség függvényében r⁴, és fordítva függ a cső hosszától L. Az egyenlet:

Q = frac {π Delta pr ^ 4} {8μL}

ahol µ a folyadék viszkozitása.

A Poiseuilles törvény feltételezi a lamináris (nem turbulens) áramlást, ami biztonságos feltételezés alacsony nyomáson és kis csőátmérőken.