Обемният поток е термин във физиката, който описва колко материя - по отношение на физическите размери, а не на масата - се движи през пространството за единица време. Например, когато пускате кухненски кран, дадено количество вода (което може да измерите в течни унции, литра или нещо друго) излиза от отвора на крана за определен период от време (обикновено секунди или минути). Тази сума се счита за обемния дебит.
Терминът "обемна скорост на потока" почти винаги се отнася за течности и газове; твърдите вещества не „текат“, въпреки че и те могат да се движат с постоянна скорост през пространството.
Уравнение на обемния дебит
Основното уравнение за задачи от този вид е
Q = AV
къдетоВъпрос:е обемният дебит,Aе площта на напречното сечение, заета от течащия материал, иVе средната скорост на потока.Vсе счита за средна стойност, тъй като не всяка част от течаща течност се движи с еднаква скорост. Например, докато наблюдавате водите на река да си проправят път надолу по течението с определен брой галони в секунда, забелязвате, че повърхността има по-бавни течения тук и по-бързи там.
Напречното сечение често е кръг при проблеми с обемния дебит, тъй като тези проблеми често се отнасят до кръгови тръби. В тези случаи намирате районаAчрез квадратиране на радиуса на тръбата (което е половината от диаметъра) и умножаване на резултата по константата pi (π), която има стойност около 3,14159.
Обичайните SI (от френски за „международна система“, равносилни на „метрични“) единици на скоростта на потока са литри в секунда (L / s) или милилитри в минута (mL / min). Тъй като в САЩ отдавна се използват имперски (английски) единици, все още е много по-често да се наблюдават обемни потоци, изразени в галони / ден, галони / мин (gpm) или кубични футове в секунда (cfs). За да намерите обемни дебити в единици, които не се използват често за тази цел, можете да използвате онлайн калкулатор на дебита като този в Ресурси.
Масов дебит
Понякога ще искате да знаете не само обема на течността, движеща се за единица време, но количеството маса, което това представлява. Това очевидно е от решаващо значение в инженерството, когато трябва да се знае колко тегло може да задържи дадена тръба или друг флуиден канал или резервоар.
Формулата за масовия дебит може да бъде получена от формулата за обемния дебит чрез умножаване на цялото уравнение по плътността на флуида,ρ. Това следва от факта, че плътността е маса, разделена на обем, което също означава, че масата е равна на плътността по обема. Уравнението на обемния поток вече има единици за обем за единица време, така че за да получите маса за единица време, просто трябва да умножите по плътност.
Следователно уравнението на масовия дебит е
\ точка {m} = \ rho AV
ṁ, или „m-точка“ е обичайният символ за масов дебит.
Проблеми с обемния дебит
Да кажем, че ви е била дадена тръба с радиус от 0,1 м (10 см, около 4 инча) и са ви казали, че трябва да използвате тази тръба, за да източите цял пълен резервоар за вода за по-малко от един час. Резервоарът е цилиндър с височина (з) от 3 метра и диаметър 5 метра. Колко бързо ще трябва да се движи водният поток през тръбата, в m3/ s, за да свършите тази работа? Формулата за обема на цилиндъра е:
V = \ pi r ^ 2 ч
Уравнението на лихвата еВъпрос: = AV, а променливата, за която решавате, еV.
Първо изчислете обема на водата в резервоара, като запомните, че радиусът е половината от диаметъра:
V = \ pi (2.5 \ text {m}) ^ 2 (3 \ text {m}) = 58.9 \ text {m} ^ 3
След това определете броя секунди за един час:
60 \ text {s / min} \ пъти 60 \ text {min / hr} = 3600 \ text {s}
Определете необходимия обемен дебит:
Q = \ frac {58.9 \ text {m} ^ 3} {3600 \ text {s}} = 0.01636 \ text {m} ^ 3 \ text {/ s}
Сега определете площтаAна вашата дренажна тръба:
A = \ pi (0,1) ^ 2 = 0,0314 \ текст {m} ^ 2
По този начин от уравнението за обемния поток имате
V = \ frac {Q} {A} = \ frac {0.01636 \ text {m} ^ 3 \ text {/ s}} {0.0314 \ text {m} ^ 2} = 0.52 \ text {m / s} = 52 \ текст {cm / s}
Водата трябва да се прокарва през тръбата с бърза, но правдоподобна скорост от около половин метър, или малко над 1,5 фута, в секунда, за да се източи правилно резервоарът.