Das Ermitteln der Durchflussmenge von Wasser aus einem Auslauf, wie einem Gartenhahn oder einem Wasserhahn, ist eine einfache Übung, für die nur ein Eimer und eine Zeitschaltuhr erforderlich sind. Die Berechnung der Durchflussmenge in einem offenen Trog, wie einer Rinne oder einem Flussbett, ist etwas komplizierter, und die Berechnung der Durchflussmenge einer Flüssigkeit in einem geschlossenen Rohr ist noch komplexer.
Die Durchflussformel lautet im Allgemeinen
Q=Av
woQist die Durchflussmenge,EINdie Querschnittsfläche an einem Punkt im Strömungsweg ist undvist die Geschwindigkeit der Flüssigkeit an diesem Punkt. In manchen Situationen, z. B. bei Wasser, das in einem Flussbett fließt, berechnet sichEINist schwierig, und das Beste, was Sie tun können, ist eine Annäherung. In anderen Fällen, z. B. bei einer Flüssigkeit, die in einem geschlossenen Rohr fließt, ist es schwierig zu messenv, aber das musst du nicht. Wenn Sie den Flüssigkeitsdruck messen können, können Sie das Poiseuille-Gesetz verwenden.
Berechnung des Durchflusses durch eine Blende
Wenn Sie die Durchflussmenge durch eine Öffnung wie einen Zapfen oder einen Tropfstrahler kennen müssen, haben Sie alles zu tun ist, ein bestimmtes Volumen in einem Behälter ansammeln zu lassen und zu messen, wie lange es dauert, bis es akkumulieren. Sie können beispielsweise die Durchflussrate von einem Zapfhahn messen, indem Sie einen 5-Gallonen-Eimer mit Wasser füllen und die Zeit aufzeichnen. Dividieren Sie 5 durch die Zeit, die benötigt wurde, um die Anzahl der Gallonen pro Zeiteinheit zu erhalten. Wenn Sie die Zeit in Minuten messen, erhalten Sie das Ergebnis in Gallonen pro Minute.
Um die Durchflussrate von einer kleinen Öffnung, wie der eines Tropfstrahlers, zu messen, benötigen Sie einen viel kleineren Behälter, wie ein Quart-Glas, und eine längere Zeiteinheit, aber das Prinzip ist das gleiche. Tropfstrahler werden normalerweise in der Anzahl der Gallonen pro Stunde bewertet, die sie emittieren. Ein Emitter, der 1 Gallone pro Stunde ausgibt, füllt ein Quart-Glas in 15 Minuten.
Verwenden der Durchflussformel
Wenn Sie die Flüssigkeit fließen sehen, können Sie ihre Geschwindigkeit messen, und das bedeutet, dass Sie nur die Fläche benötigen, durch die die Flüssigkeit strömt, um die Durchflussrate mit der Formel zu berechnenQ = EIN × v.
Wenn die Flüssigkeit durch eine Öffnung oder ein klares Röhrchen fließt, besteht eine Möglichkeit zur Messung der Geschwindigkeit darin, Farbstoff als Marker einzuführen und zu bestimmen, wie lange der Farbstoff braucht, um zwei Punkte zu passieren. Nachdem Sie den Radius des Rohres oder der Öffnung gemessen haben, können Sie die Fläche mit π. berechnenr2, dann benutzev × EINDurchfluss zu berechnen.
Für den Fluss durch natürliche Merkmale, wie z. B. ein Flussbett, müssen Sie das Gebiet annähern. Nehmen Sie an, der tiefste Teil des Flusses sei der Radius einer halbzylindrischen Mulde. Berechnen Sie die Querschnittsfläche mit πr2, dann nimm die Hälfte davon und verwende das für thatEINin der GleichungQ = v × EINum eine ungefähre Durchflussmenge zu erhalten.
Durchflussberechnung mit Druck Using
Wenn eine Flüssigkeit durch ein geschlossenes Rohr fließt, können Sie sie nicht sehen, also können Sie ihre Geschwindigkeit nicht messen. Wenn Sie jedoch den Flüssigkeitsdruck messen können – was normalerweise mit einem Manometer einfach ist –, können Sie die Durchflussmenge mit dem Poiseuille-Gesetz berechnen. Nach dem Poiseuille-Gesetz ist die DurchflussmengeQvariiert direkt mit der Druckdifferenz Δpzwischen den Rohrenden und der vierten Potenz des Rohrradiusr4, und es ändert sich umgekehrt mit der RohrlängeL. Die Gleichung lautet:
Q = \frac{π\Delta pr^4}{8μL}
woµist die Viskosität der Flüssigkeit.
Das Poiseuille-Gesetz geht von einer laminaren (nicht turbulenten) Strömung aus, was bei niedrigen Drücken und kleinen Rohrdurchmessern eine sichere Annahme ist.
