เมื่อคุณออกแบบระบบเพื่อเคลื่อนย้ายของเหลว เช่น แท่นขุดเจาะก๊าซธรรมชาติ จำเป็นต้องรู้ว่าของเหลวที่คุณทำงานด้วยไหลผ่านท่อได้เร็วแค่ไหนความเร็วการไหลผิวเผิน(อาคาความเร็วของเหลวผิวเผินหรือความเร็วก๊าซผิวเผิน) เป็นวิธีการประมาณความเร็วที่ aของเหลว(เช่น แก๊สหรือของเหลว) ผ่านวัตถุ
การคำนวณความเร็วผิวเผินนั้นค่อนข้างง่ายเมื่อคุณทราบสูตรและการวัดที่จำเป็นแล้ว อ่านต่อไปเพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับสมมติฐานที่สนับสนุนความเร็วผิวเผินและวิธีคำนวณด้วยตัวเอง
สูตรความเร็วผิวเผิน
ความเร็วของก๊าซผิวเผิน (หรือที่รู้จักว่าความเร็วการไหลผิวเผิน) คือค่าประมาณว่าของเหลวไหลผ่านวัตถุได้เร็วเพียงใด (เช่น ท่อ) หรือตัวกลางที่มีรูพรุน (เช่น กรวด) คำนวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้:
u_s=\frac{Q}{A}
- ยูสคือความเร็วผิวเผินของเฟสที่กำหนดในหน่วยเมตร/วินาที (m/s)
- คิวคือ อัตราการไหลของเฟส หน่วยเป็นเมตร ลูกบาศก์/วินาที (m3/s)
- อาคือ พื้นที่หน้าตัดของท่อหรือตัวกลางที่มีรูพรุนที่ของไหลไหลผ่าน หน่วยเป็นเมตร ยกกำลังสอง (m2).
ความเร็วผิวเผินเป็นการประมาณที่สะดวก
ในโลกแห่งความเป็นจริง กระแสส่วนใหญ่ไม่สม่ำเสมอ อากาศประกอบด้วยก๊าซหลายชนิดที่มีอนุภาคของแข็งเล็กๆ ลอยอยู่ในอากาศ บ่อน้ำมันมักจะสกัดน้ำมัน น้ำ และก๊าซธรรมชาติผสมกันในคราวเดียว ของเหลวเหล่านี้ไหลมารวมกัน ประกอบขึ้นจากองค์ประกอบหลายอย่าง เรียกว่า
ความเร็วการไหลผิวเผินจะละเว้นเฟสอื่นๆ เพื่อประมาณความเร็วของเฟสที่คุณสนใจเท่านั้น
พลศาสตร์ของไหล: ความเร็วเทียบกับการไหล
สมมติว่าคุณเป็นนักจัดสวนในพื้นที่ที่มีฝนตกชุก ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่เตียงในสวนที่คุณสร้างขึ้นจะต้องมีการระบายน้ำที่ดีเยี่ยมเพื่อป้องกันน้ำท่วม เมื่อคุณสร้างเตียงเหล่านี้ สิ่งไหนสำคัญกว่าที่คุณต้องรู้: ความเร็วผิวเผินของน้ำในดินหรืออัตราการไหลของน้ำผ่านดิน เป็นอัตราการไหลตามที่เราเห็นด้านล่าง
ความเร็ว(หรือความเร็วผิวเผิน) ของไหลเป็นตัววัดของความเร็วและทิศทางเฉลี่ยอนุภาคของของไหลกำลังเคลื่อนที่ ตอบคำถามว่า "เร็วแค่ไหน" เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญเมื่อใช้ของไหลเพื่อสร้างแรง เนื่องจากแรงจะเพิ่มขึ้นตามความเร็ว อากาศที่ออกจากหัวฉีดจะต้องเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วเพื่อไล่น้ำออกจากมือ ปริมาณอากาศทั้งหมดที่ออกจากเครื่องเมื่อเวลาผ่านไปไม่สำคัญเท่าที่เกี่ยวข้องกับการทำให้แห้ง
ไหล(อาคาอัตราการไหล) คือการวัดปริมาตรของของไหลที่เคลื่อนที่ระหว่างสองตำแหน่งเมื่อเวลาผ่านไป กล่าวอีกนัยหนึ่งคือตอบคำถาม "เท่าไหร่และเร็วแค่ไหน" โฟลคือสิ่งที่คุณต้องรู้เมื่อคุณสนใจว่าคุณจะระบายน้ำมันออกจากแท่นขุดเจาะได้กี่บาร์เรลในแต่ละวัน หรือสวนของคุณมีน้ำได้มากแค่ไหนและน้ำไม่ท่วมได้เร็วแค่ไหน
การคำนวณตัวอย่าง: ความเร็วของของไหลผิวเผิน
วิศวกรคนหนึ่งกำลังออกแบบเครื่องเป่ามือ และเธอรู้ว่าเธอต้องการอากาศเพื่อออกจากอุปกรณ์ด้วยความเร็วประมาณ 30 เมตร/วินาทีเพื่อให้น้ำกระเด็นออกจากผิวหนังได้อย่างมีประสิทธิภาพ เครื่องต้นแบบปัจจุบันของเธอเคลื่อนที่ 0.4 ลูกบาศก์เมตร/วินาทีของอากาศผ่านหัวฉีดที่มีพื้นที่หน้าตัดประมาณ 0.0002 ตารางเมตร อากาศจะออกจากหัวฉีดด้วยความเร็วที่เพียงพอหรือไม่
u_s=\frac{Q}{A}=\frac{15}{0.4}=37.5\text{ m/s}
37.5 เมตร/วินาทีนั้นเร็วกว่า 30 เมตร/วินาที และอยู่ในสนามเบสบอลเดียวกัน – มันคือรถต้นแบบที่มีแนวโน้มดี!
