Volumenski pretok je izraz v fiziki, ki opisuje, koliko snovi se glede na fizične dimenzije in ne maso premika skozi prostor na enoto časa. Na primer, ko zaženete kuhinjsko pipo, določeno količino vode (ki jo lahko izmerite v tekočih unčah, litrov ali kaj drugega) izstopi iz odprtine pipe v določenem času (običajno v sekundah oz minut). Ta znesek se šteje za volumski pretok.
Izraz "volumski pretok" skoraj vedno velja za tekočine in pline; trdne snovi ne "tečejo", čeprav se tudi oni lahko enakomerno gibljejo po vesolju.
Enačba volumskega pretoka
Osnovna enačba za tovrstne probleme je
Q = AV
kjeVje volumski pretok,Aje površina preseka, ki jo zaseda tekoči material, inVpovprečna hitrost pretoka.Vvelja za povprečje, ker se ne giblje vsak del tekočine z enako hitrostjo. Na primer, ko opazujete, kako se rečne vode enakomerno spuščajo navzdol z določenim številom litrov na sekundo, opazite, da ima površje tu počasnejše tokove, tam pa hitrejše.
Prerez je pogosto problem krožnega pretoka, ker te težave pogosto zadevajo krožne cevi. V teh primerih najdete območje
As kvadratom polmera cevi (ki je polovica premera) in rezultatom pomnožimo s konstanto pi (π), ki ima vrednost približno 3,14159.Običajne enote pretoka SI (od francosko za "mednarodni sistem", kar ustreza "metričnim") so enote pretoka litrov na sekundo (L / s) ali mililitrov na minuto (ml / min). Ker ZDA že dolgo uporabljajo imperialne (angleške) enote, pa je še vedno veliko pogosteje videti volumske pretoke, izražene v galonah na dan, galonah / min (gpm) ali kubičnih metrih na sekundo (cfs). Če želite poiskati količinske pretoke v enotah, ki se v ta namen pogosto ne uporabljajo, lahko uporabite spletni kalkulator pretoka, kot je tisti v virih.
Masni pretok
Včasih boste želeli vedeti ne samo prostornino tekočine, ki se premika na enoto časa, ampak količino mase, ki jo to predstavlja. To je očitno kritično v inženirstvu, ko je treba vedeti, kolikšno težo ima lahko določena cev ali drug vod ali tekočina za tekočine.
Formulo masnega pretoka lahko dobimo iz formule volumskega pretoka tako, da celotno enačbo pomnožimo z gostoto tekočine,ρ. To izhaja iz dejstva, da je gostota masa deljena s prostornino, kar pomeni tudi, da je masa enaka gostoti in prostornini. Enačba prostorninskega pretoka že vsebuje prostorninske enote na enoto časa, zato morate maso na enoto časa preprosto pomnožiti z gostoto.
Enačba masnega pretoka je torej
\ pika {m} = \ rho AV
ṁali "m-pika" je običajni simbol za masni pretok.
Težave s količino pretoka
Recimo, da ste dobili cev s polmerom 0,1 m (10 cm, približno 4 palce) in rekli, da morate s to cevjo izprazniti celoten rezervoar za vodo v manj kot eni uri. Rezervoar je valj z višino (h) 3 metre in premer 5 metrov. Kako hitro se bo tok vode moral premikati po cevi, v m3/ s, da bi to delo opravili? Formula za prostornino valja je:
V = \ pi r ^ 2 h
Enačba obresti jeV = AV, in spremenljivka, za katero rešujete, jeV.
Najprej izračunajte količino vode v rezervoarju, ne pozabite, da je polmer pol premera:
V = \ pi (2,5 \ besedilo {m}) ^ 2 (3 \ besedilo {m}) = 58,9 \ besedilo {m} ^ 3
Nato določite število sekund v eni uri:
60 \ besedilo {s / min} \ krat 60 \ besedilo {min / uro} = 3600 \ besedilo {s}
Določite zahtevani volumski pretok:
Q = \ frac {58,9 \ text {m} ^ 3} {3600 \ text {s}} = 0,01636 \ text {m} ^ 3 \ text {/ s}
Zdaj določite območjeAodtočne cevi:
A = \ pi (0,1) ^ 2 = 0,0314 \ besedilo {m} ^ 2
Tako iz enačbe za volumski pretok imate
V = \ frac {Q} {A} = \ frac {0,01636 \ text {m} ^ 3 \ text {/ s}} {0,0314 \ text {m} ^ 2} = 0,52 \ text {m / s} = 52 \ besedilo {cm / s}
Voda mora biti potisnjena skozi cev s hitro, a verjetno hitrostjo približno pol metra ali nekaj več kot 1,5 metra na sekundo, da se rezervoar pravilno izprazni.