Volumstrømningshastighet er et begrep i fysikk som beskriver hvor mye materie - når det gjelder fysiske dimensjoner, ikke masse - beveger seg gjennom rommet per tidsenhet. For eksempel når du kjører en kjøkkenkran, en gitt mengde vann (som du kan måle i flytende gram, liter eller noe annet) passerer ut av kranen i løpet av en gitt tid (vanligvis sekunder eller minutter). Denne mengden regnes som volumstrømningshastigheten.
Uttrykket "volumstrømningshastighet" gjelder nesten alltid væsker og gasser; faste stoffer "strømmer ikke", selv om de også kan bevege seg jevnt gjennom rommet.
Volumstrømningshastighetslikningen
Den grunnleggende ligningen for problemer av denne typen er
Q = AV
hvorQer volumstrømningshastigheten,ENer tverrsnittsarealet okkupert av det flytende materialet, ogVer den gjennomsnittlige strømningshastigheten.Vregnes som et gjennomsnitt fordi ikke alle deler av en flytende væske beveger seg i samme hastighet. Når du for eksempel ser på vannet i en elv komme seg jevnt nedstrøms med et gitt antall liter per sekund, merker du at overflaten har langsommere strømmer her og raskere der.
Tverrsnittet er ofte en sirkel i volumstrømningshastighetsproblemer, fordi disse problemene ofte gjelder sirkulære rør. I disse tilfellene finner du områdetENved å kvadrere rørets radius (som er halvparten av diameteren) og multiplisere resultatet med konstanten pi (π), som har en verdi på ca 3.14159.
Vanlige SI (fra fransk for "internasjonalt system", tilsvarer "metrisk") strømningshastighetsenheter er liter per sekund (L / s) eller milliliter per minutt (ml / min). Fordi USA lenge har brukt imperiale (engelske) enheter, er det likevel langt mer vanlig å se volumstrømningshastigheter uttrykt i liter / dag, gallon / min (gpm) eller kubikkfot per sekund (cfs). For å finne volumstrømningshastigheter i enheter som ikke ofte brukes til dette formålet, kan du bruke en online kalkulator for strømningshastighet som den i ressursene.
Massestrømningshastighet
Noen ganger vil du ikke bare vite volumet av væske som beveger seg per tidsenhet, men mengden masse dette representerer. Dette er åpenbart kritisk innen ingeniørfag, når det må være å vite hvor mye vekt et gitt rør eller annen væskeledning eller reservoar trygt kan holde.
Massestrømningshastighetsformelen kan avledes fra volumstrømningshastighetsformelen ved å multiplisere hele ligningen med densiteten til væsken,ρ. Dette følger av det faktum at tetthet er masse delt på volum, noe som også betyr at masse er lik tetthet ganger volum. Volumstrømlikningen har allerede enheter av volum per tidsenhet, så for å få masse per tidsenhet, trenger du ganske enkelt å multiplisere med tetthet.
Massestrømningshastighetsligningen er derfor
\ dot {m} = \ rho AV
ṁ, eller "m-dot", er det vanlige symbolet for massestrømningshastighet.
Problemer med volumstrømningshastighet
Si at du fikk et rør med en radius på 0,1 m (10 cm, og ble fortalt at du trengte å bruke dette røret til å tømme en hel full vanntank på mindre enn en time. Tanken er en sylinder med en høyde (h) på 3 meter og en diameter på 5 meter. Hvor raskt vil vannstrømmen trenge å bevege seg gjennom røret, i m3/ s, for å få gjort denne jobben? Formelen for volumet på en sylinder er:
V = \ pi r ^ 2 h
Ligningen av interesse erQ = AV, og variabelen du løser for erV.
Beregn først volumet vann i tanken, og husk at radiusen er halve diameteren:
V = \ pi (2.5 \ text {m}) ^ 2 (3 \ text {m}) = 58.9 \ text {m} ^ 3
Deretter bestemmer du antall sekunder på en time:
60 \ text {s / min} \ times 60 \ text {min / hr} = 3600 \ text {s}
Bestem ønsket volumstrømningshastighet:
Q = \ frac {58.9 \ text {m} ^ 3} {3600 \ text {s}} = 0,01636 \ text {m} ^ 3 \ text {/ s}
Nå bestemme områdetENav avløpsrøret ditt:
A = \ pi (0,1) ^ 2 = 0,0314 \ tekst {m} ^ 2
Dermed fra ligningen for volumstrømningshastighet du har
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}
Vann må tvinges gjennom røret med en rask, men sannsynlig hastighet på omtrent en halv meter, eller litt over 1,5 fot, per sekund for å tømme tanken ordentlig.