Objemový průtok je termín ve fyzice, který popisuje, kolik hmoty - z hlediska fyzických rozměrů, nikoli hmoty - se pohybuje prostorem za jednotku času. Například když provozujete kuchyňský faucet, dané množství vody (kterou můžete měřit v uncích, litrů nebo něco jiného) vyprchá z otevření faucetu v daném čase (obvykle sekundy nebo minut). Toto množství se považuje za objemový průtok.
Výraz „objemový průtok“ téměř vždy platí pro kapaliny a plyny; pevné látky „neproudí“, i když se také mohou pohybovat prostorem rovnoměrnou rychlostí.
Rovnice objemového průtoku
Základní rovnice pro problémy tohoto druhu je
Q = AV
kdeQje objemový průtok,Aje průřezová plocha obsazená tekoucím materiálem aPROTIje průměrná rychlost proudění.PROTIje považován za průměr, protože ne každá část tekoucí tekutiny se pohybuje stejnou rychlostí. Například když sledujete, jak vody řeky ustupují po proudu při daném počtu galonů za sekundu, všimnete si, že povrch má zde pomalejší proudy a tam rychlejší.
Průřez je často problémem s objemovým průtokem v kruhu, protože tyto problémy se často týkají kruhových trubek. V těchto případech najdete oblast
Ačtvercem poloměru trubky (což je polovina průměru) a vynásobením výsledku konstantou pi (π), která má hodnotu asi 3,14159.Obvyklé jednotky průtoku SI (z francouzštiny „mezinárodní systém“ se rovnají „metrickým“) jsou litry za sekundu (l / s) nebo mililitry za minutu (ml / min). Vzhledem k tomu, že USA již dlouho používají imperiální (anglické) jednotky, je stále mnohem častější vidět objemové průtoky vyjádřené v galonech / den, galonech / min (gpm) nebo kubických stopách za sekundu (cfs). Chcete-li najít objemové průtoky v jednotkách, které se pro tento účel běžně nepoužívají, můžete použít online kalkulačku průtoku, jako je ta ve zdrojích.
Hmotnostní průtok
Někdy budete chtít znát nejen objem tekutiny pohybující se za jednotku času, ale také množství hmoty, které představuje. To je samozřejmě kritické ve strojírenství, když musí být známo, jakou váhu může bezpečně unést dané potrubí nebo jiné potrubí nebo zásobník kapaliny.
Vzorec hmotnostního průtoku lze odvodit ze vzorce objemového průtoku vynásobením celé rovnice hustotou kapaliny,ρ. To vyplývá ze skutečnosti, že hustota je hmotnost dělená objemem, což také znamená, že hmotnost se rovná hustotě krát objem. Rovnice objemového toku již má jednotky objemu za jednotku času, takže pro získání hmotnosti za jednotku času stačí vynásobit hustotou.
Rovnice hmotnostního průtoku je tedy
\ dot {m} = \ rho AV
ṁ, nebo „m-dot“, je obvyklý symbol pro hmotnostní průtok.
Problémy s objemovým průtokem
Řekněme, že vám byla dána trubka o poloměru 0,1 m (10 cm, asi 4 palce) a bylo vám řečeno, že musíte touto trubkou vypustit celou plnou nádrž na vodu za méně než jednu hodinu. Nádrž je válec s výškou (h) 3 metry a průměr 5 metrů. Jak rychle se bude muset proud vody pohybovat potrubím, v m3/ s, aby bylo možné tuto práci dokončit? Vzorec pro objem válce je:
V = \ pi r ^ 2 h
Zajímavá rovnice jeQ = AVa proměnná, kterou řešíte, jePROTI.
Nejprve spočítejte objem vody v nádrži a nezapomeňte, že poloměr je poloviční než průměr:
V = \ pi (2,5 \ text {m}) ^ 2 (3 \ text {m}) = 58,9 \ text {m} ^ 3
Poté určete počet sekund za hodinu:
60 \ text {s / min} \ krát 60 \ text {min / hod} = 3600 \ text {s}
Určete požadovaný objemový průtok:
Q = \ frac {58,9 \ text {m} ^ 3} {3600 \ text {s}} = 0,01636 \ text {m} ^ 3 \ text {/ s}
Nyní určete oblastAvašeho drenážního potrubí:
A = \ pi (0,1) ^ 2 = 0,0314 \ text {m} ^ 2
Tedy z rovnice pro objemový průtok máte
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}
Aby bylo možné nádrž řádně vypustit, musí být do potrubí tlačena voda rychlou, ale věrohodnou rychlostí asi půl metru nebo něco málo přes 1,5 stopy za sekundu.