Quando si progetta un sistema per spostare i fluidi, ad esempio un impianto di estrazione di gas naturale, è essenziale sapere a che velocità scorre il fluido con cui si lavora attraverso i tubi.Velocità del flusso superficiale(akavelocità del liquido superficialeovelocità superficiale del gas) è un modo per stimare la velocità alla quale afluido(cioè gas o liquido) passa attraverso un oggetto.
Il calcolo della velocità superficiale è relativamente facile una volta che si conosce la formula e le misurazioni richieste. Continua a leggere per saperne di più sui presupposti alla base della velocità superficiale e su come calcolarla da solo.
Il Formula di velocità superficiale
La velocità superficiale del gas (nota anche come velocità del flusso superficiale) è una stima della velocità con cui un fluido passa attraverso un oggetto (ad esempio un tubo) o un mezzo poroso (ad esempio ghiaia). Viene calcolato utilizzando la seguente formula:
u_s=\frac{Q}{A}
- tuSè la velocità superficiale di una data fase in metri/secondo (m/s)
- Qè la portata in volume della fase, in metri cubi/secondo (m3/s)
- UNè l'area della sezione trasversale del tubo o mezzo poroso attraverso il quale scorre il fluido, in metri quadrati (m2).
La velocità superficiale è una stima conveniente
Nel mondo reale, la maggior parte dei flussi non è uniforme: l'aria è composta da più gas con minuscole particelle solide sospese al suo interno. I pozzi petroliferi in genere estraggono una miscela di petrolio, acqua e gas naturale tutto in una volta. Questi fluidi che scorrono insieme, formati da più componenti, sono chiamatimultifase flussi.
La velocità del flusso superficiale ignora le altre fasi per stimare solo la velocità della fase che ti interessa.
Dinamica dei fluidi: velocità contro flusso
Diciamo che sei un paesaggista in una zona molto piovosa. Pertanto, è importante che qualsiasi aiuola che potresti costruire abbia un drenaggio eccellente per prevenire le inondazioni. Quando costruisci uno di questi letti, cosa è più importante per te sapere: la velocità superficiale dell'acqua nel suolo o la portata dell'acqua attraverso il suolo? È la portata, come vedremo di seguito.
Ilvelocità(ovelocità superficiale) di un fluido è una misura dellavelocità e direzione mediele particelle del fluido si muovono. Risponde alla domanda "quanto velocemente?" È un parametro importante quando si usa un fluido per generare forza, perché la forza aumenta con la velocità. L'aria che esce dall'ugello deve muoversi velocemente per soffiare via l'acqua dalle mani. La quantità totale di aria che esce dalla macchina nel tempo in realtà non ha importanza, per quanto riguarda l'asciugatura.
Flusso(akaPortata) è una misura del volume di un fluido che si muove tra due luoghi nel tempo. In altre parole, risponde alla domanda "quanto e quanto velocemente?" Il flusso è ciò che devi sapere quando sei interessato a quanti barili di petrolio esci dal tuo impianto di perforazione ogni giorno. O quanta acqua può cadere sul tuo giardino e quanto velocemente senza allagarlo.
Esempio di calcolo: velocità del fluido superficiale
Un ingegnere sta progettando un asciuga mani e sa che ha bisogno di aria per uscire dal dispositivo a una velocità di circa 30 metri/secondo per eliminare efficacemente l'acqua dalla pelle. Il suo attuale prototipo muove 0,4 metri cubi/secondo di aria attraverso un ugello con un'area della sezione trasversale di circa 0,0002 metri quadrati: l'aria uscirà dall'ugello a una velocità sufficiente?
u_s=\frac{Q}{A}=\frac{15}{0.4}=37.5\text{ m/s}
37,5 metri/secondo è più veloce di 30 metri/secondo, ed è nello stesso campo da baseball: è un prototipo promettente!