Определение скорости потока воды из носика, такого как садовый кран или кран для ванной, - это простое упражнение, для которого не требуется ничего, кроме ведра и таймера. Расчет расхода в открытом желобе, таком как желоб или русло реки, немного сложнее, а вычисление расхода жидкости внутри закрытой трубы еще сложнее.
Формула расхода, как правило, выглядит следующим образом:
Q = Av
гдеQскорость потока,А- площадь поперечного сечения в точке на пути потока, аv- скорость жидкости в этой точке. В некоторых ситуациях, например, когда вода течет в русле реки, расчетАсложно, и лучшее, что вы можете сделать, - это приблизить. В других случаях, таких как жидкость, текущая в закрытой трубе, измерить трудно.v, но вам не обязательно. Если вы можете измерить давление жидкости, вы можете использовать закон Пуазейля.
Расчет расхода через отверстие
Если вам нужно знать расход через отверстие, такое как патрубок или капельный эмиттер, все, что у вас есть нужно дать определенному объему накопиться в контейнере и измерить, сколько времени нужно, чтобы накапливать. Например, вы можете измерить расход воды из патрубка, позволив воде заполнить 5-галлонное ведро и записав время. Разделите 5 на время, необходимое для получения количества галлонов в единицу времени. Если вы измеряете время в минутах, вы получите результат в галлонах в минуту.
Чтобы измерить расход через небольшое отверстие, такое как отверстие капельного эмиттера, вам понадобится контейнер гораздо меньшего размера, например литровая банка, и более длинная единица времени, но принцип тот же. Капельные эмиттеры обычно оцениваются по количеству галлонов в час, которое они выбрасывают. Эмиттер, производящий 1 галлон в час, наполнит литровую банку за 15 минут.
Использование формулы расхода
Если вы видите протекающую жидкость, вы можете измерить ее скорость, и это означает, что все, что вам нужно, это площадь, через которую протекает жидкость, чтобы рассчитать расход по формулеQ = А × v.
Если жидкость течет через отверстие или прозрачную трубку, одним из способов измерения скорости является введение красителя в качестве маркера и измерения времени, которое требуется красителю, чтобы пройти через две точки. После измерения радиуса трубы или отверстия вы можете рассчитать площадь, используя πр2, затем используйтеv × Адля расчета расхода.
Для протекания через природные объекты, такие как русло реки, необходимо приблизительно определить площадь. Предположим, что самая глубокая часть реки имеет радиус полуцилиндрического желоба. Рассчитайте площадь поперечного сечения, используя πр2, затем возьмите половину и используйте ее дляАв уравненииQ = v × Ачтобы получить приблизительный расход.
Расчет расхода с использованием давления
Когда жидкость течет через закрытую трубу, вы не видите ее, поэтому вы не можете измерить ее скорость. Однако, если вы можете измерить давление жидкости - что обычно легко сделать с помощью манометра - вы можете использовать закон Пуазейля для расчета скорости потока. Согласно закону Пуазейля скорость потокаQнапрямую зависит от перепада давления Δпмежду концами трубы и четвертой степенью радиуса трубыр4, и она изменяется обратно пропорционально длине трубыL. Уравнение:
Q = \ frac {π \ Delta pr ^ 4} {8 мкл}
гдеµвязкость жидкости.
Закон Пуазейля предполагает ламинарный (нетурбулентный) поток, что является безопасным допущением при низких давлениях и малых диаметрах труб.