Tartalom
A térfogatáram egy olyan kifejezés a fizikában, amely leírja, hogy az anyag - a fizikai méretek, nem a tömeg szempontjából - mekkora az egységnyi időben mozog a térben. Például, ha konyhai csaptelepet üzemeltet, egy bizonyos mennyiségű víz (amelyet mérhet folyadék unciaban, literben vagy valami másban) egy adott idő alatt (általában másodpercben vagy percben) távozik a csaptelep nyílásából. Ezt az mennyiséget tekintjük a térfogatáramnak.
A "térfogatáram" kifejezés szinte mindig folyadékokra és gázokra vonatkozik; a szilárd anyagok nem "folynak", bár ők is állandó sebességgel mozoghatnak a térben.
A térfogatáram-egyenlet
Az ilyen problémák alapegyenlete:
Q = AV
ahol Q a térfogatáram, A az áramló anyag által elfoglalt keresztmetszeti terület, és V az átlagos áramlási sebesség. V Átlagnak tekintjük, mert az áramló folyadék nem minden része mozog azonos sebességgel. Például, amikor figyeli a folyó vizeit, egyenesen lefelé haladva egy meghatározott másodpercenkénti gallonszám mellett, észreveszi, hogy a felület lassabb árammal rendelkezik itt és ott gyorsabb.
A keresztmetszet gyakran egy kört jelent a térfogatáram-problémáknál, mivel ezek a problémák gyakran kör alakú csöveket érintnek. Ezekben az esetekben megtalálja a területet A a cső sugara (amely az átmérő felének fele) és az eredményt megszorozzuk a pi (π) állandóval, amelynek kb. 3.14159 értéke van.
A szokásos SI (a francia nyelvtől a "nemzetközi rendszerhez", egyenértékű "metrikus") áramlási sebesség mértékegysége liter másodpercenként (L / s) vagy milliliter percenként (ml / perc). Mivel az Egyesült Államok már régóta használt birodalmi (angol) egységeket, még mindig sokkal gyakoribb az, hogy térfogatáramát gallon / nap, gallon / perc (gpm) vagy köbméter / másodpercben (cfs) fejezzék ki. Az erre a célra általánosan nem használt egységekben a térfogatáramok megtalálásához használjon egy olyan online áramlási sebességet, mint például a Források.
Tömegáram
Időnként nemcsak az egységenként mozgó folyadék mennyiségét szeretné tudni, hanem az ez által képviselt tömeg mennyiségét is. Ez nyilvánvalóan kritikus a mérnöki munka során, amikor tudnia kell, hogy egy adott cső vagy más folyadékvezeték vagy tartály mekkora súlyt képes biztonságosan megtartani.
A tömegáram-képlet a térfogatáram-képletből származtatható úgy, hogy a teljes egyenletet megszorozzuk a folyadék sűrűségével, ρ. Ez abból a tényből következik, hogy a sűrűséget elosztjuk a tömeggel térfogattal, ami azt is jelenti, hogy a tömeg megegyezik a sűrűség és a térfogat hányadosával. A térfogatáram-egyenletben már vannak térfogati egységek időegységben, így az egységnyi időnkénti tömeg megkapásához egyszerűen meg kell szorozni a sűrűséget.
A tömegáram-egyenlet ezért:
ṁ = ρAV
ṁ, vagy az "m-pont" a szokásos szimbólum a tömegáram sebességéhez.
Térfogatáram-problémák
Mondjuk, hogy kaptak egy csövet, amelynek sugara 0,1 m (10 cm, körülbelül 4 hüvelyk), és azt mondták, hogy ezt a csövet kell használnia egy teljes víztartály leeresztéséhez kevesebb, mint egy órán belül. A tartály magasságú henger (h) 3 méter és átmérője 5 méter. Mennyire gyors a vízfolyás mozgása a csőön, méterben3/ s, hogy ezt a munkát elvégezzék? A henger térfogatának képlete π_r_2h.
Az érdeklődés egyenlete: Q = AV, és a változó, amelyet megoldasz, az V.
Először számolja ki a tartályban lévő vízmennyiséget, ne feledje, hogy a sugara az átmérő felének fele:
π × (2,5 m)2 × 3 m = 58,9 m3
Ezután határozza meg a másodpercek számát egy órán belül:
60 s / perc × 60 perc / óra = 3600 s
Határozza meg a szükséges térfogatáramot:
Q = 58,9 m3/ 3600 s = 0,01636 m3/ s
Most határozza meg a területet A a vízelvezető csőhöz:
π × (0.1)2 = 0,0314 m2
Tehát a meglévő térfogatáram-egyenletből
V = Q/A
= 0,01636 m3/ s ÷ 0,0314 m2
= 0,52 m / s = 52 cm / s
A vizet másodpercenként kb. Fél méter, vagy valamivel több, mint 1,5 méter sebességgel gyors, de valószínű sebességgel kényszeríteni a csövön keresztül a tartály megfelelő ürítéséhez.