Objemový prietok je vo fyzike pojem, ktorý popisuje, koľko hmoty - z hľadiska fyzikálnych rozmerov, nie hmotnosti - sa pohybuje priestorom za jednotku času. Napríklad, keď prevádzkujete kuchynský faucet, dané množstvo vody (ktoré môžete merať v unciach) litrov alebo niečo iné) vytečie z otvoru faucetu za daný čas (zvyčajne sekundy resp minút). Toto množstvo sa považuje za objemový prietok.
Pojem „objemový prietok“ sa takmer vždy vzťahuje na kvapaliny a plyny; pevné látky „neprúdia“, aj keď sa tiež môžu pohybovať priestorom stabilnou rýchlosťou.
Rovnica objemového prietoku
Základná rovnica pre problémy tohto druhu je
Q = AV
kdeQje objemový prietok,Aje plocha prierezu zaberaná prúdiacim materiálom aV.je priemerná rýchlosť prúdenia.V.sa považuje za priemer, pretože nie každá časť prúdiacej tekutiny sa pohybuje rovnakou rýchlosťou. Napríklad, keď sledujete, ako vody rieky ustupujú smerom dole po prúde pri danom počte galónov za sekundu, všimnete si, že povrch má tu pomalšie prúdy a tam rýchlejšie.
Prierez je často kruhom v problémoch s objemovým prietokom, pretože tieto problémy sa často týkajú kruhových potrubí. V týchto prípadoch nájdete oblasťAdruhou mocninou polomeru potrubia (čo je polovica priemeru) a vynásobením výsledku konštantou pi (π), ktorá má hodnotu asi 3,14159.
Zvyčajné jednotky prietoku SI (z francúzštiny pre „medzinárodný systém“ sa rovnajú „metrickým“) sú litre za sekundu (L / s) alebo mililitre za minútu (ml / min). Pretože USA už dlho používajú imperiálne (anglické) jednotky, stále je oveľa bežnejšie vidieť objemové prietoky vyjadrené v galónoch / deň, galónoch / min (gpm) alebo kubických stôp za sekundu (cfs). Ak chcete nájsť objemové prietoky v jednotkách, ktoré sa na tento účel bežne nepoužívajú, môžete použiť online kalkulačku prietoku, ako je tá, ktorá sa nachádza v zdrojoch.
Hmotnostný prietok
Niekedy budete chcieť poznať nielen objem tekutiny pohybujúcej sa za jednotku času, ale aj množstvo hmoty, ktoré predstavuje. To je v strojárstve samozrejme kritické, keď musíte vedieť, akú veľkú váhu môže bezpečne uchovať dané potrubie alebo iné vedenie alebo zásobník kvapaliny.
Vzorec hmotnostného prietoku možno odvodiť z vzorca objemového prietoku vynásobením celej rovnice hustotou kvapaliny,ρ. To vyplýva zo skutočnosti, že hustota je hmotnosť delená objemom, čo tiež znamená, že hmotnosť sa rovná hustote krát objem. Rovnica objemového toku už má jednotky objemu za jednotku času, takže na získanie hmotnosti za jednotku času musíte jednoducho vynásobiť hustotu.
Rovnica hmotnostného prietoku teda je
\ dot {m} = \ rho AV
ṁalebo „m-bodka“ je obvyklý symbol pre hmotnostný prietok.
Problémy s objemovým prietokom
Povedzme, že ste dostali potrubie s polomerom 0,1 m (10 cm, asi 4 palce) a povedali vám, že musíte pomocou tohto potrubia vypustiť celú plnú nádrž na vodu za menej ako jednu hodinu. Nádrž je valec s výškou (h) 3 metre a priemer 5 metrov. Ako rýchlo sa bude musieť prúd vody pohybovať potrubím, v m3/ s, aby ste dosiahli túto prácu? Vzorec pre objem valca je:
V = \ pi r ^ 2 h
Úroková rovnica jeQ = AVa premenná, ktorú riešite, jeV..
Najskôr vypočítajte objem vody v nádrži a nezabudnite, že polomer je polovičný ako priemer:
V = \ pi (2,5 \ text {m}) ^ 2 (3 \ text {m}) = 58,9 \ text {m} ^ 3
Potom určite počet sekúnd za hodinu:
60 \ text {s / min} \ krát 60 \ text {min / hod} = 3600 \ text {s}
Určite požadovaný objemový prietok:
Q = \ frac {58,9 \ text {m} ^ 3} {3600 \ text {s}} = 0,01636 \ text {m} ^ 3 \ text {/ s}
Teraz určite oblasťAvášho drenážneho potrubia:
A = \ pi (0,1) ^ 2 = 0,0314 \ text {m} ^ 2
Teda z rovnice pre objemový prietok, ktorú máte
V = \ frac {Q} {A} = \ frac {0,01636 \ text {m} ^ 3 \ text {/ s}} {0,0314 \ text {m} ^ 2} = 0,52 \ text {m / s} = 52 \ text {cm / s}
Voda musí byť pretlačená potrubím vysokou, ale pravdepodobnou rýchlosťou asi pol metra alebo niečo viac ako 1,5 stopy za sekundu, aby sa nádrž mohla správne vypustiť.