Tilpuma plūsmas ātrums ir termins fizikā, kas apraksta, cik daudz matērijas - fizisko izmēru, nevis masas izteiksmē - pārvietojas telpā. Piemēram, palaižot virtuves jaucējkrānu, noteikts ūdens daudzums (kuru jūs varētu izmērīt šķidruma uncās, litri vai kaut kas cits) noteiktā laika posmā (parasti sekundēs vai minūtes). Šo daudzumu uzskata par tilpuma plūsmas ātrumu.
Termins "tilpuma plūsmas ātrums" gandrīz vienmēr attiecas uz šķidrumiem un gāzēm; cietās vielas "neplūst", kaut arī tās var vienmērīgi pārvietoties pa kosmosu.
Tilpuma plūsmas ātruma vienādojums
Šāda veida problēmu pamatvienādojums ir
Q = AV
kurJir tilpuma plūsmas ātrums,Air šķērsgriezuma laukums, ko aizņem plūstošais materiāls, unVir vidējais plūsmas ātrums.Vtiek uzskatīts par vidējo, jo ne katra plūstošā šķidruma daļa pārvietojas ar tādu pašu ātrumu. Piemēram, skatoties, kā upes ūdeņi vienmērīgi virzās lejup pa straumi ar noteiktu galonu skaitu sekundē, pamanāt, ka virsmai šeit ir lēnākas un tur straujākas straumes.
Šķērsgriezums bieži ir apļa tilpuma plūsmas ātruma problēmas, jo šīs problēmas bieži attiecas uz apļveida caurulēm. Šādos gadījumos jūs atrodat apgabalu
Akvadrātā caurules rādiusu (kas ir puse no diametra) un rezultātu reizinot ar konstanti pi (π), kuras vērtība ir aptuveni 3,14159.Parastās SI (no franču valodas - "starptautiskā sistēma", kas līdzvērtīga "metriskajai") plūsmas ātruma vienības ir litri sekundē (L / s) vai mililitri minūtē (ml / min). Tā kā ASV jau sen izmanto impērijas (angļu) vienības, tomēr daudz biežāk tiek novērots tilpuma plūsmas ātrums, kas izteikts galonos / dienā, galonos / min (gpm) vai kubikpēdās sekundē (sal.). Lai atrastu tilpuma plūsmas ātrumus vienībās, kuras šim nolūkam parasti neizmanto, varat izmantot tiešsaistes plūsmas ātruma kalkulatoru, piemēram, resursu.
Masas plūsmas ātrums
Dažreiz jūs vēlaties uzzināt ne tikai šķidruma tilpumu, kas pārvietojas laika vienībā, bet arī masas daudzumu, ko tas atspoguļo. Tas acīmredzami ir kritisks inženierzinātnēs, kad jāzina, cik lielu svaru konkrētā caurule vai cits šķidruma vads vai rezervuārs var droši noturēt.
Masas plūsmas ātruma formulu var iegūt no tilpuma plūsmas ātruma formulas, reizinot visu vienādojumu ar šķidruma blīvumu,ρ. Tas izriet no fakta, ka blīvums ir masa dalīta ar tilpumu, kas nozīmē arī to, ka masa ir vienāda ar blīvumu un tilpumu. Tilpuma plūsmas vienādojumā jau ir tilpuma vienības laika vienībā, tāpēc, lai iegūtu masu laika vienībā, jums vienkārši jāreizina ar blīvumu.
Tāpēc masas plūsmas ātruma vienādojums ir
\ dot {m} = \ rho AV
ṁvai "m-dot" ir parastais masas plūsmas ātruma simbols.
Skaļuma plūsmas ātruma problēmas
Pieņemsim, ka jums tika dota caurule ar 0,1 m rādiusu (10 cm, apmēram 4 collas), un jums teica, ka jums ir jāizmanto šī caurule, lai nepilnas stundas laikā iztukšotu visu pilnu ūdens tvertni. Tvertne ir cilindrs ar augstumu (h) 3 metri un diametrs 5 metri. Cik ātri ūdens plūsmai vajadzēs pārvietoties pa cauruli, metros3/ s, lai paveiktu šo darbu? Balona tilpuma formula ir:
V = \ pi r ^ 2 h
Interešu vienādojums irJ = AV, un mainīgais, kuru jūs risināt, irV.
Vispirms aprēķiniet ūdens tilpumu tvertnē, atceroties, ka rādiuss ir puse no diametra:
V = \ pi (2,5 \ teksts {m}) ^ 2 (3 \ teksts {m}) = 58,9 \ teksts {m} ^ 3
Pēc tam nosakiet sekunžu skaitu stundā:
60 \ text {s / min} \ reizes 60 \ text {min / hr = 3600 \ text {s}
Nosakiet nepieciešamo tilpuma plūsmas ātrumu:
Q = \ frac {58,9 \ text {m} ^ 3} {3600 \ text {s}} = 0,01636 \ text {m} ^ 3 \ text {/ s}
Tagad nosakiet platībuAjūsu drenāžas caurules:
A = \ pi (0,1) ^ 2 = 0,0314 \ teksts {m} ^ 2
Tādējādi no jums esošā tilpuma plūsmas ātruma vienādojuma
V = \ frac {Q} {A} = \ frac {0,01636 \ text {m} ^ 3 \ text {/ s}} {0,0314 \ text {m} ^ 2} = 0,52 \ text {m / s} = 52 \ teksts {cm / s}
Lai pareizi iztukšotu tvertni, ūdens caur cauruli jāpiespiež ar ātru, bet ticamu ātrumu aptuveni pusmetru vai nedaudz virs 1,5 pēdām sekundē.