Μία από τις πρωταρχικές αρχές στη μελέτη της στατικής και της δυναμικής, ιδιαίτερα στα υγρά, είναι η διατήρηση της μάζας. Αυτή η αρχή δηλώνει ότι η μάζα δεν δημιουργείται ούτε καταστρέφεται. Στην ανάλυση μηχανικής, η ποσότητα της ύλης μέσα σε έναν προκαθορισμένο όγκο, που μερικές φορές ονομάζεται όγκος ελέγχου, παραμένει σταθερή ως αποτέλεσμα αυτής της αρχής. Η ροή μάζας είναι η μέτρηση της ποσότητας μάζας που διέρχεται μέσα ή έξω από τον όγκο ελέγχου. Η εξίσωση που διέπει τον υπολογισμό της ροής μάζας είναι η εξίσωση συνέχειας.
Ορίστε την ένταση ελέγχου. Για παράδειγμα, ένας κοινός όγκος ελέγχου στην αεροναυτική μηχανική είναι ένα τμήμα δοκιμής αιολικής σήραγγας. Αυτός είναι συνήθως είτε ένας ορθογώνιος είτε ένας κυκλικός αγωγός διατομής που μειώνεται σταδιακά από μια μεγαλύτερη περιοχή σε έναν μικρότερο. Ένα άλλο όνομα για αυτόν τον τύπο έντασης ελέγχου είναι ένα ακροφύσιο.
Προσδιορίστε την περιοχή διατομής με την οποία μετράτε τη ροή μάζας. Οι υπολογισμοί είναι ευκολότεροι εάν τα διανύσματα ταχύτητας που διέρχονται είναι κάθετα στην περιοχή, αλλά αυτό δεν απαιτείται. Για ένα ακροφύσιο, η περιοχή διατομής είναι συνήθως η είσοδος ή η έξοδος.
Προσδιορίστε την ταχύτητα της ροής που διέρχεται από την περιοχή διατομής. Εάν ο φορέας ταχύτητας είναι κάθετος, όπως σε ένα ακροφύσιο, χρειάζεται μόνο να λάβετε το μέγεθος του διανύσματος.
διάνυσμα R = (r1) i + (r2) j + (r3) k μέγεθος R = sqrt (r1 ^ 2 + r2 ^ 2 + r3 ^ 2)
Προσδιορίστε την πυκνότητα της ροής μάζας στην περιοχή διατομής. Εάν η ροή είναι ασυμπίεστη, η πυκνότητα θα είναι σταθερή καθ 'όλη τη διάρκεια. Εάν δεν διαθέτετε ήδη την πυκνότητα, όπως συνηθίζεται στα θεωρητικά προβλήματα, ίσως χρειαστεί να χρησιμοποιήσετε συγκεκριμένο εργαστήριο εξοπλισμός όπως θερμοστοιχεία ή σωλήνες pitot για τη μέτρηση της θερμοκρασίας (T) και της πίεσης (p) στο σημείο που θέλετε να μετρήσετε ροή μάζας. Στη συνέχεια, μπορείτε να υπολογίσετε την πυκνότητα (rho) χρησιμοποιώντας την τέλεια εξίσωση αερίου:
p = (rho) RT
όπου το R είναι η τέλεια σταθερά αερίου ειδικά για το υλικό ροής.
Χρησιμοποιήστε την εξίσωση συνέχειας για να υπολογίσετε τη ροή μάζας στην επιφάνεια. Η εξίσωση συνέχειας προέρχεται από την αρχή της διατήρησης της μάζας και συνήθως δίνεται ως:
ροή = (rho) * A * V
Όπου το "rho" είναι πυκνότητα, το "A" είναι εμβαδόν διατομής και το "V" είναι ταχύτητα στην επιφάνεια που μετράται. Για παράδειγμα, εάν είχατε ένα ακροφύσιο με κυκλική είσοδο με ακτίνα 3 ποδιών, A = pi * r ^ 2 = 3.14159 * 3 ^ 2 = 28.27 τετραγωνικά πόδια. Εάν η ροή ταξιδεύει στα 12 ft / s και καθορίσετε την πυκνότητα να είναι 0,0024 slugs / ft ^ 3, τότε η ροή μάζας είναι:
0,0024 * 28,7 * 12 = 4132,8 slugs / s