Het vinden van de stroomsnelheid van water uit een uitloop, zoals een tuinkraan of badkamerkraan, is een eenvoudige oefening waarvoor niets meer nodig is dan een emmer en een timer. Het berekenen van het debiet in een open trog, zoals een goot of rivierbedding, is iets ingewikkelder, en het berekenen van het debiet van een vloeistof in een gesloten leiding is nog ingewikkelder.
De stroomsnelheidsformule is in het algemeen
Q=Av
waarVraagis de stroomsnelheid,EENis het dwarsdoorsnede-oppervlak op een punt in het pad van de stroming envis de snelheid van de vloeistof op dat punt. In sommige situaties, zoals die van water dat in een rivierbedding stroomt, kan rekenenEENis moeilijk, en het beste wat je kunt doen is een benadering. In andere, zoals die van een vloeistof die in een gesloten leiding stroomt, is het moeilijk te metenv, maar dat hoeft niet. Als je de vloeistofdruk kunt meten, kun je de wet van Poiseuille gebruiken.
Stroomsnelheid door een opening berekenen
Als u het debiet door een opening wilt weten, zoals een spie of een druppelaar, hoeft u alleen maar doen is een bepaald volume in een container laten ophopen en meten hoe lang het duurt om accumuleren. U kunt bijvoorbeeld de stroomsnelheid van een kraan meten door water een emmer van 5 gallon te laten vullen en de tijd te registreren. Deel 5 door de tijd die nodig was om het aantal gallons per tijdseenheid te krijgen. Als u de tijd in minuten meet, krijgt u het resultaat in gallons per minuut.
Om de stroomsnelheid van een kleine opening, zoals die van een druppelaar, te meten, heb je een veel kleinere container nodig, zoals een kwart gallon, en een langere tijdseenheid, maar het principe is hetzelfde. Druppelstralers worden meestal beoordeeld in het aantal gallons per uur dat ze uitstoten. Een straler die 1 gallon per uur uitstraalt, vult een pot van een liter in 15 minuten.
De stroomsnelheidsformule gebruiken
Als je de vloeistof kunt zien stromen, kun je de snelheid meten, en dat betekent dat je alleen het gebied nodig hebt waardoor de vloeistof stroomt om de stroomsnelheid te berekenen met behulp van de formuleVraag = EEN × v.
Als de vloeistof door een opening of een doorzichtige buis stroomt, is een manier om de snelheid te meten om kleurstof als markering in te voeren en te bepalen hoe lang het duurt voordat de kleurstof twee punten passeert. Na het meten van de straal van de buis of opening, kunt u de oppervlakte berekenen met πr2, gebruik danv × EENstroomsnelheid te berekenen.
Voor doorstroming door natuurlijke elementen, zoals een rivierbedding, moet je het gebied benaderen. Neem aan dat het diepste deel van de rivier de straal is van een halfcilindrische trog. Bereken het oppervlak van de dwarsdoorsnede met πr2, neem dan de helft daarvan en gebruik dat voorEENin de vergelijkingVraag = v × EENom een geschatte stroomsnelheid te krijgen.
Berekening van de stroomsnelheid met behulp van druk
Als een vloeistof door een gesloten leiding stroomt, kun je hem niet zien, dus je kunt zijn snelheid niet meten. Als u echter de vloeistofdruk kunt meten - wat meestal eenvoudig is te doen met een manometer - kunt u de wet van Poiseuille gebruiken om het debiet te berekenen. Volgens de wet van Poiseuille is de stroomsnelheidVraagvarieert direct met het drukverschil Δptussen de uiteinden van de pijp en de vierde macht van de straal van de pijpr4, en het varieert omgekeerd evenredig met de pijplengte pipeL. De vergelijking is:
Q = \frac{π\Delta pr^4}{8μL}
waarµis de viscositeit van de vloeistof.
De wet van Poiseuille gaat uit van een laminaire (niet-turbulente) stroming, wat een veilige aanname is bij lage drukken en kleine leidingdiameters.