Volumenstrømningshastighed er et udtryk i fysik, der beskriver, hvor meget stof - i form af fysiske dimensioner, ikke masse - bevæger sig gennem rummet pr. Tidsenhed. For eksempel, når du kører en køkkenarmatur, en given mængde vand (som du måske måler i flydende ounce, liter eller andet) passerer ud af vandhanens åbning i en given tid (normalt sekunder eller minutter). Dette beløb betragtes som volumenstrømningshastigheden.
Udtrykket "volumenstrømningshastighed" gælder næsten altid for væsker og gasser; faste stoffer "strømmer ikke", selvom de også kan bevæge sig med en jævn hastighed gennem rummet.
Volumenflowhastighedsligning
Den grundlæggende ligning for problemer af denne art er
Q = AV
hvorQer volumenstrømningshastigheden,ENer tværsnitsarealet optaget af det flydende materiale, ogVer den gennemsnitlige strømningshastighed.Vbetragtes som et gennemsnit, fordi ikke alle dele af en flydende væske bevæger sig med samme hastighed. For eksempel, når du ser vandet i en flod komme sig støt nedstrøms med et givet antal liter pr. Sekund, bemærker du, at overfladen har langsommere strømme her og hurtigere der.
Tværsnittet er ofte en cirkel i volumenstrømningshastighedsproblemer, fordi disse problemer ofte vedrører cirkulære rør. I disse tilfælde finder du områdetENved at kvadrere rørets radius (som er halvdelen af diameteren) og multiplicere resultatet med den konstante pi (π), som har en værdi på ca. 3.14159.
Den sædvanlige SI (fra fransk for "internationalt system", svarende til "metrisk") strømningshastighedsenheder er liter pr. Sekund (L / s) eller milliliter pr. Minut (ml / min). Fordi USA længe har brugt imperiale (engelske) enheder, er det dog stadig langt mere almindeligt at se volumenstrømningshastigheder udtrykt i gallon / dag, gallon / min (gpm) eller kubikfod per sekund (cfs). For at finde volumenstrømningshastigheder i enheder, der ikke almindeligvis bruges til dette formål, kan du bruge en online strømningshastighedsberegner som den i ressourcerne.
Massestrømningshastighed
Nogle gange vil du ikke bare vide, hvor meget væske der bevæger sig pr. Tidsenhed, men hvor meget masse dette repræsenterer. Dette er åbenlyst kritisk inden for teknik, når det skal være at vide, hvor meget vægt et givet rør eller en anden væskeledning eller et reservoir sikkert kan holde.
Massestrømningshastighedsformlen kan afledes af formlen for volumenstrømningshastighed ved at multiplicere hele ligningen med væskens tæthed,ρ. Dette følger af det faktum, at densitet er masse divideret med volumen, hvilket også betyder, at masse er lig med densitet gange volumen. Volumenstrømsligningen har allerede volumenheder pr. Tidsenhed, så for at få masse pr. Tidsenhed er du simpelthen nødt til at gange med densitet.
Massestrømningshastighedsligningen er derfor
\ dot {m} = \ rho AV
ṁ, eller "m-prik", er det sædvanlige symbol for massestrømningshastighed.
Problemer med volumenstrømningshastighed
Sig, at du fik et rør med en radius på 0,1 m (10 cm, ca. 4 tommer) og fik at vide, at du skulle bruge dette rør til at dræne en hel fuld vandtank på mindre end en time. Tanken er en cylinder med en højde (h) på 3 meter og en diameter på 5 meter. Hvor hurtigt skal vandstrømmen bevæge sig gennem røret, i m3/ s, for at få dette job udført? Formlen for volumen af en cylinder er:
V = \ pi r ^ 2 h
Ligningen af interesse erQ = AV, og den variabel, du løser for, erV.
Beregn først volumenet af vand i tanken, og husk at radius er halvdelen af diameteren:
V = \ pi (2,5 \ tekst {m}) ^ 2 (3 \ tekst {m}) = 58,9 \ tekst {m} ^ 3
Bestem derefter antallet af sekunder på en time:
60 \ text {s / min} \ times 60 \ text {min / hr} = 3600 \ text {s}
Bestem den krævede volumenstrømningshastighed:
Q = \ frac {58.9 \ text {m} ^ 3} {3600 \ text {s}} = 0,01636 \ text {m} ^ 3 \ text {/ s}
Bestem nu områdetENaf dit afløbsrør:
A = \ pi (0,1) ^ 2 = 0,0314 \ tekst {m} ^ 2
Således fra ligningen for volumenstrømningshastighed, du har
V = \ frac {Q} {A} = \ frac {0.01636 \ text {m} ^ 3 \ text {/ s}} {0.0314 \ text {m} ^ 2} = 0.52 \ text {m / s} = 52 \ tekst {cm / s}
Vand skal tvinges gennem røret med en hurtig, men sandsynlig hastighed på ca. en halv meter eller lidt over 1,5 fod i sekundet for at dræne tanken korrekt.