Volumestroomsnelheid is een term in de natuurkunde die beschrijft hoeveel materie - in termen van fysieke afmetingen, niet massa - per tijdseenheid door de ruimte beweegt. Als u bijvoorbeeld een keukenkraan laat lopen, wordt een bepaalde hoeveelheid water (die u kunt meten in fluid ounces, liter of iets anders) binnen een bepaalde tijd (meestal seconden of ) uit de opening van de kraan komt minuten). Deze hoeveelheid wordt beschouwd als de volumestroom.
De term "volumestroom" is bijna altijd van toepassing op vloeistoffen en gassen; vaste stoffen "stromen" niet, ook al kunnen ze zich ook met een constante snelheid door de ruimte bewegen.
De volumestroomsnelheidsvergelijking:
De basisvergelijking voor dit soort problemen is:
Q=AV
waarVraagis de volumestroom,EENis het dwarsdoorsnede-oppervlak dat wordt ingenomen door het stromende materiaal, enVis de gemiddelde stroomsnelheid.Vwordt als een gemiddelde beschouwd omdat niet elk deel van een stromende vloeistof met dezelfde snelheid beweegt. Als je bijvoorbeeld ziet hoe het water van een rivier zich gestaag stroomafwaarts baant met een bepaald aantal gallons per seconde, merk je dat het oppervlak hier langzamere stromingen heeft en daar snellere.
De doorsnede is vaak een cirkel in volumestroomproblemen, omdat deze problemen vaak cirkelvormige leidingen betreffen. In deze gevallen vindt u het gebiedEENdoor de straal van de buis (die de helft van de diameter is) te kwadrateren en het resultaat te vermenigvuldigen met de constante pi (π), die een waarde heeft van ongeveer 3,14159.
De gebruikelijke SI (van het Frans voor "internationaal systeem", gelijk aan "metrisch") stroomsnelheidseenheden zijn liters per seconde (L/s) of milliliter per minuut (mL/min). Omdat de VS lange tijd imperiale (Engelse) eenheden gebruikt, is het echter nog steeds veel gebruikelijker om volumestroomsnelheden te zien uitgedrukt in gallons/dag, gallons/min (gpm) of kubieke voet per seconde (cfs). Om volumestroomsnelheden te vinden in eenheden die niet vaak voor dit doel worden gebruikt, kunt u een online stroomsnelheidscalculator gebruiken zoals die in de bronnen.
Massastroomsnelheid
Soms wil je niet alleen het volume vloeistof dat per tijdseenheid beweegt weten, maar ook de hoeveelheid massa die dit vertegenwoordigt. Dit is uiteraard van cruciaal belang in de techniek, wanneer men moet weten hoeveel gewicht een bepaalde leiding of andere vloeistofleiding of reservoir veilig kan dragen.
De formule voor de massastroomsnelheid kan worden afgeleid van de formule voor de volumestroomsnelheid door de hele vergelijking te vermenigvuldigen met de dichtheid van de vloeistof,ρ. Dit volgt uit het feit dat dichtheid massa gedeeld door volume is, wat ook betekent dat massa gelijk is aan dichtheid maal volume. De volumestroomvergelijking heeft al eenheden van volume per tijdseenheid, dus om massa per tijdseenheid te krijgen, hoeft u alleen maar te vermenigvuldigen met dichtheid.
De massastroomvergelijking is daarom
\dot{m}=\rho AV
ṁ, of "m-dot," is het gebruikelijke symbool voor massastroom.
Problemen met volumestroomsnelheid
Stel dat u een leiding heeft gekregen met een straal van 0,1 m (10 cm, ongeveer 4 inch) en dat u met deze leiding een hele volle watertank in minder dan een uur moet legen. De tank is een cilinder met een hoogte (h) van 3 meter en een diameter van 5 meter. Hoe snel moet de waterstroom door de leiding gaan, in m3/s, om deze klus te klaren? De formule voor het volume van een cilinder is:
V=\pi r^2 h
De vergelijking van belang isVraag = AV, en de variabele waarvoor je oplost isV.
Bereken eerst het volume water in de tank, onthoud dat de straal de helft van de diameter is:
V=\pi (2.5\text{ m})^2(3\text{ m})=58.9\text{ m}^3
Bepaal vervolgens het aantal seconden in een uur:
60\text{ s/min}\times 60\text{ min/hr} = 3600\text{ s}
Bepaal de benodigde luchthoeveelheid:
Q=\frac{58.9\text{ m}^3}{3600\text{ s}}=0.01636\text{ m}^3\text{/s}
Bepaal nu het gebiedEENvan uw afvoerleiding:
A=\pi (0,1)^2 = 0,0314\text{ m}^2
Dus uit de vergelijking voor de volumestroom die je hebt:
V=\frac{Q}{A}=\frac{0.01636\text{ m}^3\text{/s}}{0.0314\text{ m}^2}=0.52\text{ m/s}=52 \tekst{ cm/s}
Water moet met een snelle maar aannemelijke snelheid van ongeveer een halve meter per seconde door de leiding worden geperst om de tank goed leeg te laten lopen.