Kiedy projektujesz system do przemieszczania płynów – powiedzmy, urządzenie do ekstrakcji gazu ziemnego – ważne jest, aby wiedzieć, jak szybko płyn, z którym pracujesz, przepływa przez rury.Prędkość przepływu powierzchniowego(znany jakopowierzchowna prędkość cieczylubpowierzchowna prędkość gazu) jest sposobem oszacowania prędkości, z jaką apłyn(tj. gaz lub ciecz) przechodzi przez obiekt.
Obliczenie prędkości powierzchniowej jest stosunkowo łatwe, gdy znasz wzór i wymagane pomiary. Czytaj dalej, aby dowiedzieć się więcej o założeniach leżących u podstaw prędkości powierzchniowej i o tym, jak samodzielnie ją obliczyć.
Formuła prędkości powierzchownej
Powierzchowna prędkość gazu (znana również jako powierzchowna prędkość przepływu) to oszacowanie, jak szybko płyn przechodzi przez obiekt (np. rurę) lub ośrodek porowaty (np. żwir). Oblicza się go według następującego wzoru:
u_s=\frac{Q}{A}
- tysto prędkość powierzchniowa danej fazy w metrach/sekundę (m/s)
- Qjest natężeniem przepływu w fazie, w metrach sześciennych/sekundę (m3/s)
- ZApole przekroju poprzecznego rury lub ośrodka porowatego, przez który przepływa ciecz, w metrach kwadratowych (m2).
Prędkość powierzchniowa jest wygodnym oszacowaniem
W prawdziwym świecie większość przepływów nie jest jednorodna – powietrze składa się z wielu gazów z zawieszonymi w nim drobnymi cząstkami stałymi. Szyby naftowe zwykle wydobywają jednocześnie mieszankę ropy, wody i gazu ziemnego. Płyny te spływające razem, składające się z kilku składników, nazywane sąwielozakresowy płynie.
Powierzchowna prędkość przepływu ignoruje inne fazy, aby oszacować tylko prędkość fazy, którą jesteś zainteresowany.
Dynamika płynów: prędkość kontra przepływ
Załóżmy, że zajmujesz się ogrodnictwem w bardzo deszczowej okolicy. W związku z tym ważne jest, aby wszelkie grządki ogrodowe, które możesz zbudować, miały doskonały drenaż, aby zapobiec powodziom. Kiedy budujesz jedno z tych łóżek, co jest ważniejsze dla Ciebie: prędkość powierzchniowa wody w glebie czy prędkość przepływu wody przez glebę? To szybkość przepływu, jak zobaczymy poniżej.
prędkość(lubprędkość powierzchowna) płynu jest miarąśrednia prędkość i kierunekcząsteczki płynu się poruszają. Odpowiada na pytanie „jak szybko?” Jest to ważny parametr, gdy płyn jest używany do generowania siły, ponieważ siła rośnie wraz z prędkością. Powietrze wychodzące z dyszy musi poruszać się szybko, aby zdmuchnąć wodę z rąk. Całkowita ilość powietrza opuszczającego maszynę w czasie nie ma znaczenia, jeśli chodzi o suszenie.
Pływ(znany jakoPrzepływ) jest miarą objętości płynu przemieszczającego się między dwoma miejscami w czasie. Innymi słowy, odpowiada na pytanie „ile i jak szybko?” Przepływ jest tym, co musisz wiedzieć, gdy interesuje Cię, ile baryłek ropy dziennie wydobywasz z platformy wiertniczej. Albo ile wody może spaść na Twój ogród i jak szybko bez zalania go.
Obliczenie próbki: powierzchowna prędkość płynu
Inżynier projektuje suszarkę do rąk i wie, że potrzebuje powietrza, aby wydostać się z urządzenia z prędkością około 30 metrów/sekundę, aby skutecznie usunąć wodę ze skóry. Jej obecny prototyp przenosi 0,4 metra sześciennego/sekundę powietrza przez dyszę o powierzchni przekroju około 0,0002 metra kwadratowego – czy powietrze wyjdzie z dyszy z wystarczającą prędkością?
u_s=\frac{Q}{A}=\frac{15}{0.4}=37,5\text{ m/s}
37,5 m/s jest szybsze niż 30 m/s i jest na tym samym polu – to obiecujący prototyp!