Indhold
Volumenstrømningshastighed er et udtryk i fysik, der beskriver, hvor meget stof - med hensyn til fysiske dimensioner, ikke masse - bevæger sig gennem rummet pr. Tidsenhed. For eksempel, når du kører en køkkenhane, går en given mængde vand (som du måler i væske ounces, liter eller noget andet) ud af åbningen af vandhanen i en given tidsperiode (normalt sekunder eller minutter). Dette beløb betragtes som volumenstrømningshastigheden.
Udtrykket "volumenstrømningshastighed" gælder næsten altid for væsker og gasser; faststof flyder ikke, selvom de også kan bevæge sig i en jævn hastighed gennem rummet.
Volumenstrømningshastighedsforligningen
Den grundlæggende ligning for problemer af denne art er
Q = AV
hvor Q er volumenstrømningshastigheden, EN er det tværsnitsareal, der er besat af det strømmende materiale, og V er den gennemsnitlige strømningshastighed. V betragtes som et gennemsnit, fordi ikke alle dele af en flydende væske bevæger sig i samme hastighed. Når du for eksempel ser en flods farvande stige nedstrøms med et givet antal liter pr. Sekund, bemærker du, at overfladen har langsommere strømme her og hurtigere dem der.
Tværsnittet er ofte en cirkel i volumenstrømningshastighedsproblemer, fordi disse problemer ofte vedrører cirkulære rør. I disse tilfælde finder du området EN ved at kvadrere rørets radius (som er halv diameteren) og multiplicere resultatet med konstanten pi (π), som har en værdi på ca. 3.14159.
De sædvanlige SI (fra det franske for "internationalt system," ligesom "metrisk") strømningshastighedsenheder er liter pr. Sekund (L / s) eller milliliter per minut (ml / min). Fordi USA længe har brugt imperiale (engelske) enheder, er det dog stadig langt mere almindeligt at se volumenstrømningshastigheder udtrykt i gallon / dag, gallons / min (gpm) eller kubikfod per sekund (cfs). For at finde volumenstrømningshastigheder i enheder, der ikke ofte bruges til dette formål, kan du bruge en online flowhastighedsregner som den i Ressourcerne.
Massestrøm
Nogle gange vil du gerne vide, ikke kun mængden af væske, der bevæger sig pr. Enhedstid, men den mængde masse, dette repræsenterer. Dette er åbenlyst kritisk inden for konstruktion, når det skal være ved, hvor meget vægt et givet rør eller anden fluidledning eller reservoir med sikkerhed kan have.
Massestrømningshastighedsformlen kan afledes fra volumenstrømningshastighedsformlen ved at multiplicere hele ligningen med væskedensiteten, ρ. Dette følger af det faktum, at densitet er masse divideret med volumen, hvilket også betyder, at masse er lig med densitet gange volumen. Volumenstrømsligningen har allerede lydenheder pr. Enhedstid, så for at få masse pr. Enhedstid, skal du simpelthen multiplicere med densitet.
Massestrømningshastigheden er derfor
ṁ = ρAV
ṁ, eller "m-dot", er det sædvanlige symbol for massestrømningshastighed.
Problemer med volumenstrømningshastighed
Lad os sige, at du fik et rør med en radius på 0,1 m (10 cm, ca. 4 tommer) og fik at vide, at du skulle bruge dette rør til at tømme en hel fuld vandtank på mindre end en time. Tanken er en cylinder med en højde (h) på 3 meter og en diameter på 5 meter. Hvor hurtigt skal vandstrømmen bevæge sig gennem røret i m3/ s, for at få dette job gjort? Formlen for lydstyrken på en cylinder er π_r_2h.
Ligning af interesse er Q = AV, og den variabel, du løser for, er V.
Beregn først mængden af vand i tanken og husk, at radius er halvdelen af diameteren:
π × (2,5 m)2 × 3 m = 58,9 m3
Bestemm derefter antallet af sekunder i en time:
60 s / min × 60 min / time = 3600 s
Bestem den krævede volumenstrømningshastighed:
Q = 58,9 m3/ 3600 s = 0,01636 m3/ s
Bestem nu området EN af dit dræningsrør:
π × (0.1)2 = 0,0314 m2
Således fra ligningen for volumenstrømningshastighed, du har
V = Q/EN
= 0,01636 m3/ s ÷ 0,0314 m2
= 0,52 m / s = 52 cm / s
Vand skal tvinges gennem røret med en hurtig men plausibel hastighed på cirka en halv meter, eller lidt over 1,5 fod, pr. Sekund for at rense tanken korrekt.