كيفية حساب معدلات التدفق

يعد العثور على معدل تدفق المياه من صنبور ، مثل حنفية الحديقة أو صنبور الحمام ، تمرينًا بسيطًا لا يتطلب أكثر من دلو وجهاز توقيت. يعد حساب معدل التدفق في حوض مفتوح ، مثل الميزاب أو مجرى النهر ، أكثر تعقيدًا بعض الشيء ، كما أن حساب معدل تدفق السائل داخل الأنبوب المغلق أكثر تعقيدًا.

صيغة معدل التدفق ، بشكل عام ، هي

أينسهو معدل التدفق ،أهي منطقة المقطع العرضي عند نقطة في مسار التدفق والخامسهي سرعة السائل عند هذه النقطة. في بعض الحالات ، مثل حالة تدفق المياه في مجرى النهر ، يتم الحسابأصعب ، وأفضل ما يمكنك فعله هو تقريب. في حالات أخرى ، مثل تدفق السائل في أنبوب مغلق ، يصعب قياسهالخامس، لكن ليس عليك ذلك. إذا كان بإمكانك قياس ضغط السائل ، يمكنك استخدام قانون بويزيويل.

إذا كنت بحاجة إلى معرفة معدل التدفق من خلال فتحة ، مثل حنفية أو باعث بالتنقيط ، فكل ما لديك القيام به هو السماح لحجم معين بالتراكم في حاوية وقياس المدة التي يستغرقها ذلك جمع. على سبيل المثال ، يمكنك قياس معدل التدفق من حنفية عن طريق السماح للماء بملء دلو سعة 5 جالون وتسجيل الوقت. اقسم 5 على الوقت المستغرق للحصول على عدد الجالونات لكل وحدة زمنية. إذا قمت بقياس الوقت بالدقائق ، فستحصل على النتيجة بالجالونات في الدقيقة.

لقياس معدل التدفق من فتحة صغيرة ، مثل تلك الخاصة بباعث التنقيط ، ستحتاج إلى وعاء أصغر كثيرًا ، مثل جرة كوارت ، ووحدة زمنية أطول ، لكن المبدأ هو نفسه. عادة ما يتم تصنيف بواعث التنقيط بعدد الجالونات في الساعة التي تنبعث منها. سوف يملأ الباعث الذي يفرز 1 جالون في الساعة ربع جالون في 15 دقيقة.

إذا كان بإمكانك رؤية تدفق السائل ، فيمكنك قياس سرعته ، وهذا يعني أن كل ما تحتاجه هو المنطقة التي يتدفق من خلالها السائل لحساب معدل التدفق باستخدام الصيغةس​ = ​أ​ × ​الخامس​.

إذا كان السائل يتدفق عبر فتحة أو أنبوب واضح ، فإن إحدى طرق قياس السرعة هي إدخال الصبغة كعلامة والوقت الذي تستغرقه الصبغة لتمرير نقطتين. بعد قياس نصف قطر الأنبوب أو الفتحة ، يمكنك حساب المنطقة باستخدام πص​²، ثم استخدامالخامس​ × ​ألحساب معدل التدفق.

للتدفق عبر المعالم الطبيعية ، مثل مجرى النهر ، عليك تقدير المنطقة. افترض أن أعمق جزء من النهر هو نصف قطر حوض شبه أسطواني. احسب مساحة المقطع العرضي باستخدام πص​²، ثم خذ نصف ذلك واستخدمهأفي المعادلةس​ = ​الخامس​ × ​أللحصول على معدل تدفق تقريبي.

عندما يتدفق سائل عبر أنبوب مغلق ، لا يمكنك رؤيته ، لذلك لا يمكنك قياس سرعته. ومع ذلك ، إذا كان بإمكانك قياس ضغط السائل - وهو أمر سهل عادةً باستخدام مقياس ضغط - فيمكنك استخدام قانون Poiseuille لحساب معدل التدفق. معدل التدفق وفقًا لقانون Poiseuilleسيختلف بشكل مباشر مع اختلاف الضغط Δصبين طرفي الأنبوب والقوة الرابعة من نصف قطر الأنبوبص​⁴ويختلف عكسيا مع طول الأنبوبإل. المعادلة هي:

أينµهي لزوجة السائل.

يفترض قانون Poiseuille التدفق الصفحي (غير المضطرب) ، وهو افتراض آمن عند الضغوط المنخفضة وأقطار الأنابيب الصغيرة.