Jak vypočítat průtoky

Nalezení průtoku vody z výtoku, jako je zahradní čep nebo koupelnový faucet, je jednoduché cvičení, které nevyžaduje nic jiného než kbelík a časovač. Výpočet průtoku v otevřeném žlabu, jako je žlab nebo koryto, je trochu komplikovanější a výpočet průtoku kapaliny uvnitř uzavřené trubky je ještě složitější.

Vzorec průtoku obecně je

kdeQje průtok,Aje průřezová plocha v bodě dráhy toku aprotije rychlost kapaliny v tomto bodě. V některých situacích, jako je například voda tekoucí v korytě řeky, výpočetAje obtížné a nejlepší, co můžete udělat, je aproximace. U jiných, jako je tekutina tekoucí v uzavřeném potrubí, je obtížné měřitproti, ale nemusíte. Pokud můžete měřit tlak kapaliny, můžete použít Poiseuilleův zákon.

Pokud potřebujete znát průtok otvorem, jako je hrdlo nebo kapkový emitor, vše, co máte udělat je umožnit nahromadění určitého objemu v kontejneru a změřit, jak dlouho to trvá akumulovat. Například můžete měřit průtok z hrdla tak, že necháte vodu naplnit kbelík o objemu 5 galonů a zaznamenáte čas. Rozdělte 5 na čas potřebný k získání počtu galonů za jednotku času. Pokud změříte čas v minutách, dostanete výsledek v galonech za minutu.

Chcete-li měřit průtok z malého otvoru, jako je například odkapávací zářič, budete potřebovat mnohem menší nádobu, například kvartovací nádobu, a delší jednotku času, ale princip je stejný. Kapkové emitory jsou obvykle hodnoceny v počtu galonů za hodinu, které vydávají. Emitor, který vydá 1 galon za hodinu, naplní litrovou nádobu za 15 minut.

Pokud vidíte proudění kapaliny, můžete měřit její rychlost, což znamená, že vše, co potřebujete, je oblast, kterou kapalina proudí, abyste mohli vypočítat průtok pomocí vzorceQ​ = ​A​ × ​proti​.

Pokud tekutina protéká otvorem nebo čirou trubicí, jedním ze způsobů měření rychlosti je zavedení barviva jako značky a času, jak dlouho trvá, než barvivo projde dvěma body. Po změření poloměru tuby nebo otvoru můžete vypočítat plochu pomocí πr​², pak použijteproti​ × ​Ak výpočtu průtoku.

Chcete-li protékat přírodními prvky, jako je koryto řeky, musíte tuto oblast přiblížit. Předpokládejme, že nejhlubší část řeky je poloměrem půlválcového žlabu. Vypočítejte plochu průřezu pomocí πr​², pak si vezměte polovinu z toho a použijte to proAv rovniciQ​ = ​proti​ × ​Apro získání přibližného průtoku.

Když tekutina protéká uzavřenou trubkou, nevidíte ji, takže nemůžete měřit její rychlost. Pokud však můžete měřit tlak kapaliny - což je obvykle snadné pomocí manometru -, můžete k výpočtu průtoku použít Poiseuilleův zákon. Podle Poiseuilleova zákona je průtokQse mění přímo s tlakovým rozdílem Δpmezi konci trubky a čtvrtou silou poloměru trubkyr​⁴a liší se inverzně podle délky potrubíL. Rovnice je:

kdeµje viskozita kapaliny.

Poiseuilleův zákon předpokládá laminární (neturbulentní) proudění, což je bezpečný předpoklad při nízkých tlacích a malých průměrech potrubí.