Πώς να υπολογίσετε τα ποσοστά ροής

Η εύρεση του ρυθμού ροής του νερού από ένα στόμιο, όπως βρύση κήπου ή βρύση μπάνιου, είναι μια απλή άσκηση που δεν απαιτεί τίποτα περισσότερο από ένα κουβά και ένα χρονόμετρο. Ο υπολογισμός του ρυθμού ροής σε ανοιχτή κοιλότητα, όπως υδρορροή ή κοίτη ποταμού, είναι λίγο πιο περίπλοκος και ο υπολογισμός του ρυθμού ροής ενός υγρού μέσα σε κλειστό σωλήνα είναι ακόμη πιο περίπλοκος.

Ο τύπος ρυθμού ροής, γενικά, είναι

όπουΕρείναι ο ρυθμός ροής,ΕΝΑείναι η περιοχή διατομής σε ένα σημείο στη διαδρομή της ροής καιβείναι η ταχύτητα του υγρού σε αυτό το σημείο. Σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως εκείνη του νερού που ρέει σε μια κοίτη του ποταμού, υπολογίζειΕΝΑείναι δύσκολο και το καλύτερο που μπορείτε να κάνετε είναι μια προσέγγιση. Σε άλλα, όπως ένα υγρό που ρέει σε κλειστό σωλήνα, είναι δύσκολο να μετρηθείβ, αλλά δεν χρειάζεται. Εάν μπορείτε να μετρήσετε την πίεση υγρού, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον Νόμο του Poiseuille.

Εάν πρέπει να γνωρίζετε τον ρυθμό ροής μέσω ενός στομίου, όπως ένα πείρο ή ένα πομπό στάγδην, όλα όσα έχετε Το να κάνετε είναι να επιτρέψετε τη συσσώρευση ενός συγκεκριμένου όγκου σε ένα δοχείο και να μετρήσετε το χρονικό διάστημα που χρειάζεται συσσωρεύω. Για παράδειγμα, μπορείτε να μετρήσετε το ρυθμό ροής από ένα βύσμα επιτρέποντας στο νερό να γεμίσει έναν κάδο 5 γαλονιών και να καταγράψει το χρόνο. Διαιρέστε 5 με το χρόνο που χρειάστηκε για να λάβετε τον αριθμό των γαλλονιών ανά μονάδα χρόνου. Εάν μετρήσετε τον χρόνο σε λεπτά, θα έχετε το αποτέλεσμα σε γαλόνια ανά λεπτό.

Για να μετρήσετε το ρυθμό ροής από ένα μικρό στόμιο, όπως αυτό ενός εκπομπού στάγδην, θα χρειαστείτε ένα πολύ μικρότερο δοχείο, όπως ένα βάζο τεταρτημορίου, και μια μεγαλύτερη μονάδα χρόνου, αλλά η αρχή είναι η ίδια. Οι εκπομπές στάγδην βαθμολογούνται συνήθως με τον αριθμό των γαλονιών ανά ώρα που εκπέμπουν. Ένας πομπός που βγάζει 1 γαλόνι ανά ώρα θα γεμίσει ένα κουτάλι σε 15 λεπτά.

Εάν μπορείτε να δείτε το ρευστό να ρέει, μπορείτε να μετρήσετε την ταχύτητά του και αυτό σημαίνει ότι το μόνο που χρειάζεστε είναι η περιοχή μέσω της οποίας ρέει το υγρό για να υπολογίσετε τον ρυθμό ροής χρησιμοποιώντας τον τύποΕρ​ = ​ΕΝΑ​ × ​β​.

Εάν το υγρό ρέει μέσα από ένα στόμιο ή έναν διαυγή σωλήνα, ένας τρόπος μέτρησης της ταχύτητας είναι να εισαχθεί η βαφή ως δείκτης και ο χρόνος που χρειάζεται η βαφή για να περάσει δύο σημεία. Αφού μετρήσετε την ακτίνα του σωλήνα ή το στόμιο, μπορείτε να υπολογίσετε την περιοχή χρησιμοποιώντας πρ​², στη συνέχεια χρησιμοποιήστεβ​ × ​ΕΝΑγια τον υπολογισμό του ρυθμού ροής.

Για να περάσετε από φυσικά χαρακτηριστικά, όπως μια κοίτη του ποταμού, πρέπει να προσεγγίσετε την περιοχή. Ας υποθέσουμε ότι το βαθύτερο μέρος του ποταμού είναι η ακτίνα μιας ημικυκλικής γούρνας. Υπολογίστε την περιοχή διατομής χρησιμοποιώντας πρ​², στη συνέχεια πάρτε το μισό από αυτό και χρησιμοποιήστε το γιαΕΝΑστην εξίσωσηΕρ​ = ​β​ × ​ΕΝΑγια να λάβετε κατά προσέγγιση ρυθμό ροής.

Όταν ένα υγρό ρέει μέσω κλειστού σωλήνα, δεν μπορείτε να το δείτε, οπότε δεν μπορείτε να μετρήσετε την ταχύτητά του. Ωστόσο, εάν μπορείτε να μετρήσετε την πίεση υγρού - η οποία συνήθως είναι εύκολο να γίνει, χρησιμοποιώντας ένα μανόμετρο - μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον Νόμο του Poiseuille για να υπολογίσετε την ταχύτητα ροής. Σύμφωνα με το νόμο του Poiseuille, ο ρυθμός ροήςΕρποικίλλει άμεσα με τη διαφορά πίεσης ΔΠμεταξύ των άκρων του σωλήνα και της τέταρτης ισχύος της ακτίνας του σωλήναρ​⁴, και διαφέρει αντίστροφα με το μήκος του σωλήναμεγάλο. Η εξίσωση είναι:

όπουµείναι το ιξώδες του υγρού.

Ο νόμος του Poiseuille προϋποθέτει στρωτή (μη τυρβώδη) ροή, η οποία είναι μια ασφαλής υπόθεση σε χαμηλές πιέσεις και μικρές διαμέτρους σωλήνων.