Tūrio srautas yra fizikos terminas, apibūdinantis, kiek materija - atsižvelgiant į fizinius matmenis, o ne į masę - juda per erdvę per laiko vienetą. Pvz., Kai paleidžiate virtuvinį maišytuvą, nurodytą vandens kiekį (kurį galite išmatuoti skysčio uncijomis, litrais ar dar kažkuo) iš krano angos praeina per tam tikrą laiką (paprastai sekundėmis arba minučių). Ši suma laikoma tūrio srautu.
Sąvoka „tūrio srautas“ beveik visada taikoma skysčiams ir dujoms; kietosios medžiagos „neteka“, nors ir jos gali judėti tolygiai per kosmosą.
Tūrio srauto greičio lygtis
Pagrindinė tokio pobūdžio problemų lygtis yra
Q = AV
kurKlausimasyra tūrio srautas,Ayra skerspjūvio plotas, kurį užima tekanti medžiaga, irVyra vidutinis srauto greitis.Vyra laikomas vidutiniu, nes ne kiekviena tekančio skysčio dalis juda tuo pačiu greičiu. Pvz., Stebėdami upės vandenį, tolygiai einantį pasroviui, esant tam tikram galonų per sekundę skaičiui, pastebite, kad paviršius čia turi lėtesnes ir ten greitesnes sroves.
Skerspjūvis dažnai yra tūrio srauto problemų apskritimas, nes šios problemos dažnai susijusios su apskritais vamzdžiais. Tokiais atvejais rasite vietovę
Akvadratu vamzdžio spindulį (kuris yra pusė skersmens) ir rezultatą padauginus iš pastovios pi (π), kurios vertė yra apie 3,14159.Įprastas SI (iš prancūzų kalbos reiškia „tarptautinė sistema“, tolygus „metrinei“) srauto vienetai yra litrai per sekundę (L / s) arba mililitrai per minutę (ml / min). Kadangi JAV jau seniai naudoja imperinius (angliškus) vienetus, vis dėlto kur kas dažniau matomas tūrio srautas, išreikštas galonais per dieną, galonais / min (gpm) arba kubinėmis pėdomis per sekundę (plg.). Norėdami rasti tūrio srautus vienetais, kurie paprastai nėra naudojami šiam tikslui, galite naudoti internetinę srauto skaičiuoklę, tokią kaip „Resursuose“.
Masės srauto greitis
Kartais norėsite žinoti ne tik skysčio tūrį, judantį per laiko vienetą, bet ir tai, kokią masę tai atspindi. Tai akivaizdžiai svarbu inžinerijos srityje, kai reikia žinoti, kiek svorio tam tikras vamzdis ar kitas skysčio kanalas ar rezervuaras gali saugiai laikyti.
Masės srauto formulę galima gauti iš tūrio srauto formulės, padauginus visą lygtį iš skysčio tankio,ρ. Tai išplaukia iš to, kad tankis yra masė, padalyta iš tūrio, o tai taip pat reiškia, kad masė lygi tankio ir tūrio dalims. Tūrio srauto lygtyje jau yra tūrio vienetai per laiko vienetą, todėl norint gauti masę per laiko vienetą, tiesiog reikia padauginti iš tankio.
Taigi masės srauto greičio lygtis yra
\ dot {m} = \ rho AV
ṁarba „m taškas“ yra įprastas masės srauto simbolis.
Tūrio srauto problemos
Tarkime, kad jums buvo duotas vamzdis, kurio spindulys buvo 0,1 m (10 cm, maždaug 4 colių), ir buvo pasakyta, kad jums reikia naudoti šį vamzdį, kad per visą valandą ištuštintumėte visą pilną vandens rezervuarą. Cisterna yra cilindras, kurio aukštis (h) 3 metrų ir 5 metrų skersmens. Kaip greitai vandens srautas turės judėti vamzdžiu, m3/ s, kad galėtumėte atlikti šį darbą? Cilindro tūrio formulė yra:
V = \ pi r ^ 2 val
Palūkanų lygtis yraKlausimas = AV, o kintamasis, kurį sprendžiate, yraV.
Pirmiausia apskaičiuokite vandens tūrį rezervuare, prisimindami, kad spindulys yra pusė skersmens:
V = \ pi (2,5 \ text {m}) ^ 2 (3 \ text {m}) = 58,9 \ text {m} ^ 3
Tada nustatykite sekundžių skaičių per valandą:
60 \ text {s / min} \ times 60 \ text {min / hr = 3600 \ text {s}
Nustatykite reikiamą tūrio srautą:
Q = \ frac {58.9 \ text {m} ^ 3} {3600 \ text {s}} = 0.01636 \ text {m} ^ 3 \ text {/ s}
Dabar nustatykite plotąAdrenažo vamzdžio:
A = \ pi (0,1) ^ 2 = 0,0314 \ tekstas {m} ^ 2
Taigi iš tūrio srauto greičio lygties, kurią turite
V = \ frac {Q} {A} = \ frac {0,01636 \ text {m} ^ 3 \ text {/ s}} {0,0314 \ text {m} ^ 2} = 0,52 \ text {m / s} = 52 \ text {cm / s}
Norint tinkamai ištuštinti baką, vanduo per vamzdį turi būti verčiamas greitu, bet patikimu greičiu - maždaug puse metro arba šiek tiek daugiau nei 1,5 pėdos.