Eines der Hauptprinzipien beim Studium der Statik und Dynamik, insbesondere in Flüssigkeiten, ist die Erhaltung der Masse. Dieses Prinzip besagt, dass Masse weder geschaffen noch zerstört wird. In der technischen Analyse bleibt die Materiemenge in einem vorgegebenen Volumen, das manchmal auch als Kontrollvolumen bezeichnet wird, aufgrund dieses Prinzips konstant. Der Massenfluss ist die Messung der Massemenge, die in oder aus dem Kontrollvolumen strömt. Die maßgebende Gleichung zur Berechnung des Massenflusses ist die Kontinuitätsgleichung.
Definieren Sie die Kontrolllautstärke. Ein gängiges Kontrollvolumen in der Luftfahrttechnik ist beispielsweise eine Windkanal-Teststrecke. Dies ist normalerweise entweder ein Kanal mit rechteckigem oder kreisförmigem Querschnitt, der allmählich von einer größeren zu einer kleineren Fläche abnimmt. Ein anderer Name für diese Art von Kontrollvolumen ist eine Düse.
Bestimmen Sie die Querschnittsfläche, durch die Sie den Massenfluss messen. Die Berechnungen sind einfacher, wenn die durchlaufenden Geschwindigkeitsvektoren senkrecht zur Fläche stehen, dies ist jedoch nicht erforderlich. Bei einer Düse ist die Querschnittsfläche normalerweise der Einlass oder der Auslass.
Bestimmen Sie die Geschwindigkeit der Strömung, die durch die Querschnittsfläche strömt. Wenn der Geschwindigkeitsvektor senkrecht ist, wie bei einer Düse, brauchen Sie nur den Betrag des Vektors zu nehmen.
Vektor R = (r1) i + (r2) j + (r3) k Betrag R = Quadrat (r1^2 + r2^2 + r3^2)
Bestimmen Sie die Dichte des Massenstroms an der Querschnittsfläche. Wenn die Strömung inkompressibel ist, bleibt die Dichte durchgehend konstant. Wenn Sie die Dichte nicht bereits zur Verfügung haben, wie es bei theoretischen Problemen üblich ist, müssen Sie möglicherweise ein bestimmtes Labor verwenden Geräte wie Thermoelemente oder Staurohre zur Messung von Temperatur (T) und Druck (p) an der zu messenden Stelle Massenfluss. Dann können Sie die Dichte (rho) mit der perfekten Gasgleichung berechnen:
p = (rho) RT
wobei R die perfekte Gaskonstante ist, die für das Strömungsmaterial spezifisch ist.
Verwenden Sie die Kontinuitätsgleichung, um den Massenfluss an der Oberfläche zu berechnen. Die Kontinuitätsgleichung stammt aus dem Massenerhaltungssatz und wird typischerweise wie folgt angegeben:
Fluss = (rho) * A * V
Wobei "rho" die Dichte ist, "A" die Querschnittsfläche ist und "V" die Geschwindigkeit an der gemessenen Oberfläche ist. Wenn Sie beispielsweise eine Düse mit einem kreisförmigen Einlass mit einem Radius von 3 Fuß haben, ist A = pi * r^2 = 3,14159 * 3^2 = 28,27 Quadratfuß. Wenn sich die Strömung mit 12 ft/s bewegt und Sie die Dichte zu 0,0024 Slugs/ft^3 bestimmen, dann beträgt der Massenfluss:
0,0024 * 28,7 * 12 = 4132,8 Butzen/s