VOLUMETRIČNI PRETOK: IZRAČUN IN KAJ VPLIVA NANJ - FIZIČNO - 2026

Volumski pretok določa volumen fluida, ki teče skozi del voda in predstavlja merilo hitrost, s katero se fluid potovanje z njim. Zato je njegovo merjenje zlasti zanimivo na tako raznolikih področjih, kot so industrija, medicina, gradbeništvo in raziskave.

Vendar merjenje hitrosti tekočine (naj bo to tekočina, plin ali mešanica obeh) ni tako enostavno, kot je lahko merjenje hitrosti premika trdnega telesa. Zato se zgodi, da je za poznavanje hitrosti neke tekočine potrebno poznati njen pretok.

To in mnoga druga vprašanja, povezana s tekočinami, obravnava veja fizike, znana kot mehanika tekočin. Pretok je opredeljen kot količina tekočine skozi odsek cevovoda, naj bo to plinovod, naftovod, reka, kanal, krvni kanal itd., Ob upoštevanju časovne enote.

Običajno se izračuna prostornina, ki gre skozi določeno območje v enoti časa, imenovana tudi volumetrični pretok. Opredeljen je tudi masni ali masni pretok, ki v določenem času skozi določeno območje poteka, čeprav se uporablja manj pogosto kot volumetrični pretok.

Izračun

Volumetrični pretok je predstavljen s črko Q. Za primere, ko se tok premika pravokotno na odsek prevodnika, ga določimo z naslednjo formulo:

Q = A = V / t

V tej formuli A je odsek prevodnika (gre za povprečno hitrost tekočine), V volumen in t čas. Ker se v mednarodnem sistemu površina ali odsek prevodnika meri v m ² in hitrost v m / s, se pretok meri v m ³ / s.

V primerih, ko hitrost premika tekočine ustvari kot θ s smerjo, pravokotno na površino A, je izraz za določitev stopnje pretoka naslednji:

Q = A cos θ

To je skladno s prejšnjo enačbo, saj je, kadar je pretok pravokoten na območje A, θ = 0 in posledično cos θ = 1.

Zgornje enačbe veljajo le, če je hitrost tekočine enakomerna in če je območje odseka ravno. V nasprotnem primeru se volumetrični pretok izračuna po naslednjem integralu:

Q = ∫∫ _s vd S

V tem integralnem dS je površinski vektor, določen z naslednjim izrazom:

dS = n dS

Tam je n enotni vektor normalen na površino kanala in dS je površinski diferenčni element.

Enačba kontinuitete

Značilnost nestisljivih tekočin je, da se masa tekočine ohranja z dvema prerezoma. Zaradi tega je izpolnjena enačba kontinuitete, ki vzpostavi naslednji odnos:

ρ ₁ A ₁ V ₁ = ρ ₂ A ₂ V ₂

V tej enačbi je ρ gostota tekočine.

Za primere režimov v stalnem toku, v katerih je gostota konstantna in je torej zadovoljivo, da je ρ ₁ = ρ ₂ , se zmanjša na naslednji izraz:

A ₁ V ₁ = A ₂ V ₂

To je enako potrjevanju ohranjanja pretoka in zato:

Q ₁ = Q ₂ .

Iz opazovanja zgoraj navedenega izhaja, da se tekočine pospešijo, ko dosežejo ožji del cevi, medtem ko upočasnijo, ko dosežejo širši odsek cevi. To dejstvo ima zanimive praktične aplikacije, saj omogoča igranje s hitrostjo gibanja tekočine.

Bernoullijevo načelo

Načelo Bernoullija določa, da za idealno tekočino (to je tekočina, ki nima niti viskoznosti niti trenja), ki se giblje v obtoku po zaprtem kanalu, njegova energija ostane konstantna skozi celoten premik.

Navsezadnje načelo Bernoullija ni nič drugega kot formulacija zakona o ohranjanju energije za pretok tekočine. Tako lahko Bernoullijevo enačbo oblikujemo na naslednji način:

h + v ² / 2g + P / ρg = konstanta

V tej enačbi je h višina in g pospešek zaradi gravitacije.

Bernoullijeva enačba v vsakem trenutku upošteva energijo tekočine, energijo, sestavljeno iz treh komponent.

- Kinetična komponenta, ki vključuje energijo zaradi hitrosti gibanja tekočine.

- sestavni del, ki ga ustvarja gravitacijski potencial kot posledica višine, na kateri je tekočina.

- Sestavni del pretočne energije, ki je energija, ki jo ima tekočina zaradi tlaka.

V tem primeru je Bernoullijeva enačba izražena na naslednji način:

h ρ g + (v ² ρ) / 2 + P = konstanta

Logično je, da v primeru prave tekočine izraz Bernoullijeve enačbe ni izpolnjen, saj se pri premiku tekočine pojavijo izgube zaradi trenja in se je treba zateči k bolj zapleteni enačbi.

Kaj vpliva na volumetrični pretok?

Volumetrični tok bo vplival, če pride do blokade v kanalu.

Poleg tega se lahko volumetrični pretok spreminja tudi zaradi sprememb temperature in tlaka v resnični tekočini, ki se giblje skozi kanal, še posebej, če gre za plin, saj se prostornina plina razlikuje glede na temperatura in tlak, pri katerem je.

Enostavna metoda merjenja volumetričnega pretoka

Resnično preprost način merjenja volumetričnega pretoka je, da v določenem časovnem obdobju dotok tekočine v dozirno posodo.

Ta metoda na splošno ni zelo praktična, resnica pa je, da je razumevanje pomena in pomembnosti poznavanja hitrosti pretoka tekočine izjemno preprosto in zelo ilustrativno.

Na ta način se tekočina pusti, da se skozi čas doteka v dozirno posodo, izmeri nakopičena prostornina in dobljeni rezultat se deli s pretečenim časom.

Reference

1. Pretok (tekočina) (drugi). Na Wikipediji. Pridobljeno 15. aprila 2018 z es.wikipedia.org.
2. Volumetrični pretok (drugi). Na Wikipediji. Pridobljeno 15. aprila 2018 z en.wikipedia.org.
3. Inženirji Edge, LLC. "Tekoča volumetrična enačba pretoka". Inženirji Edge
4. Mott, Robert (1996). "ena". Uporabna mehanika tekočin (4. izdaja). Mehika: Pearson Education.
5. Batchelor, GK (1967). Uvod v dinamiko tekočin. Cambridge University Press.
6. Landau, LD; Lifshitz, EM (1987). Mehanika tekočin. Tečaj teoretične fizike (2. izd.). Pergamon Press.