Mahu voolukiirus on füüsikas kasutatav termin, mis kirjeldab, kui palju aine - füüsikaliste mõõtmete, mitte massi mõttes - ajaühikus ruumi liigub. Näiteks kui kasutate köögisegistit, peaks antud kogus vett (mida võite mõõta vedelikuuntsides, liitrit või midagi muud) möödub segisti avausest teatud aja jooksul (tavaliselt sekundite või minutit). Seda kogust peetakse mahu voolukiiruseks.
Mõiste "mahu voolukiirus" kehtib peaaegu alati vedelike ja gaaside kohta; tahked ained "ei voola", kuigi ka nemad võivad liikuda läbi ruumi ühtlaselt.
Mahu voolukiiruse võrrand
Selliste probleemide põhivõrrand on
Q = AV
kusQon mahu voolukiirus,Aon voolava materjali hõivatud ristlõikepindala jaVon keskmine voolukiirus.Vpeetakse keskmiseks, kuna voolava vedeliku mitte iga osa ei liigu sama kiirusega. Näiteks kui jälgite, kuidas jõe veed liiguvad etteantud gallonite arvus sekundis allavoolu, märkate, et pinnal on siin aeglasemad ja seal kiiremad voolud.
Ristlõige on sageli ruumala voolukiiruse probleemide ring, sest need probleemid puudutavad sageli ümmarguseid torusid. Nendel juhtudel leiate piirkonna
Akorrutades toru raadiuse (mis on pool läbimõõdust) ja korrutades tulemuse konstandiga pi (π), mille väärtus on umbes 3,14159.Tavaline vooluhulgamõõtühik (prantsuse keeles "rahvusvaheline süsteem", mis võrdub "meetermõõdustikuga") on liitrit sekundis (L / s) või milliliitrit minutis (ml / min). Kuna USA on pikka aega kasutanud imperiaalseid (inglise) ühikuid, on siiski palju tavalisem näha ruumala voolukiirust gallonites päevas, gallonites minutis (gpm) või kuupmeetrites sekundis (vrd). Mahu voolukiiruste leidmiseks ühikutes, mida selleks tavaliselt ei kasutata, saate kasutada veebivoogude kalkulaatorit nagu ressurssides.
Massivoolukiirus
Mõnikord tahate teada mitte ainult ajaühikus liikuva vedeliku mahtu, vaid ka seda, kui palju massi see esindab. See on inseneritöös ilmselgelt kriitiline, kui peab olema teada, kui palju kaalu võib antud toru või muu vedeliku toru või reservuaar ohutult hoida.
Massivoolukiiruse valemi võib tuletada ruumala voolukiiruse valemist, korrutades kogu võrrandi vedeliku tihedusega,ρ. See tuleneb asjaolust, et tihedus on mass jagatud mahuga, mis tähendab ka seda, et mass võrdub tiheduse ja mahu korrutisega. Mahuvoolu võrrandil on juba ajaühiku mahuühikud, nii et ajaühiku massi saamiseks peate lihtsalt korrutama tihedusega.
Massivoolu võrrand on seega
\ dot {m} = \ rho AV
ṁvõi "m-punkt" on massivoolukiiruse tavaline sümbol.
Helitugevuse vooluhulga probleemid
Oletame, et teile anti toru raadiusega 0,1 m (10 cm, umbes 4 tolli) ja öeldi, et peate seda toru kasutama kogu veepaagi tühjendamiseks vähem kui ühe tunni jooksul. Paak on kõrgusega silinder (h) 3 meetri ja läbimõõduga 5 meetrit. Kui kiiresti peab veevool läbi toru liikuma, meetrites3/ s, et seda tööd teha? Silindri mahu valem on:
V = \ pi r ^ 2 h
Huvivõrrand onQ = AVja muutuja, mille lahendate, onV.
Kõigepealt arvutage paagis oleva vee maht, pidades meeles, et raadius on pool läbimõõdust:
V = \ pi (2,5 \ text {m}) ^ 2 (3 \ text {m}) = 58,9 \ text {m} ^ 3
Seejärel määrake sekundite arv tunnis:
60 \ text {s / min} \ korda 60 \ text {min / hr = 3600 \ text {s}
Määrake vajalik ruumala voolukiirus:
Q = \ frac {58,9 \ text {m} ^ 3} {3600 \ text {s}} = 0,01636 \ text {m} ^ 3 \ text {/ s}
Nüüd määrake alaAoma drenaažitoru:
A = \ pi (0,1) ^ 2 = 0,0314 \ tekst {m} ^ 2
Seega on teil vooluhulga võrrandist
V = \ frac {Q} {A} = \ frac {0.01636 \ text {m} ^ 3 \ text {/ s}} {0.0314 \ text {m} ^ 2} = 0.52 \ text {m / s} = 52 \ text {cm / s}
Mahuti nõuetekohaseks tühjendamiseks tuleb vesi torust läbi suruda kiire, kuid usutava kiirusega umbes pool meetrit ehk veidi üle 1,5 jala sekundis.