Hacimsel akış hızı, fizikte birim zamanda uzayda ne kadar maddenin hareket ettiğini - kütle değil, fiziksel boyutlar açısından - tanımlayan bir terimdir. Örneğin, bir mutfak musluğunu çalıştırdığınızda, belirli bir miktarda su (sıvı ons cinsinden ölçebilirsiniz, litre veya başka bir şey) belirli bir süre içinde (genellikle saniyeler veya dakika). Bu miktar, hacim akış hızı olarak kabul edilir.
"Hacim akış hızı" terimi hemen hemen her zaman sıvılar ve gazlar için geçerlidir; katılar, uzayda sabit bir hızla hareket edebilmelerine rağmen "akmazlar".
Hacim Debisi Denklemi
Bu tür problemler için temel denklem
Q=AV
neredeShacim akış hızı,birakan malzemenin kapladığı kesit alanıdır veVortalama akış hızıdır.Vortalama olarak kabul edilir çünkü akan bir sıvının her parçası aynı hızda hareket etmez. Örneğin, bir ırmağın sularının saniyede belirli bir galon hızla akıntıya karşı düzenli bir şekilde ilerlemesini izlediğinizde, yüzeyin burada daha yavaş akıntıların ve orada daha hızlı akıntıların olduğunu fark edersiniz.
Hacimsel akış hızı problemlerinde kesit genellikle bir dairedir, çünkü bu problemler genellikle dairesel borularla ilgilidir. Bu durumlarda, alanı bulursunuz.birborunun yarıçapını (çapın yarısı olan) karesini alarak ve sonucu yaklaşık 3.14159 değerindeki sabit pi (π) ile çarparak.
Normal SI (Fransızcadan "uluslararası sistem", "metrik" anlamına gelir) akış hızı birimleri saniyede litre (L/s) veya dakikada mililitre (mL/dak) şeklindedir. ABD'de uzun süredir emperyal (İngiliz) birimler kullanıldığı için, galon/gün, galon/dk (gpm) veya saniyede fit küp (cfs) olarak ifade edilen hacim akış hızlarını görmek çok daha yaygındır. Bu amaç için yaygın olarak kullanılmayan birimlerdeki hacim akış oranlarını bulmak için Kaynaklar'daki gibi bir çevrimiçi akış hızı hesaplayıcısı kullanabilirsiniz.
Kütle Akış Hızı
Bazen sadece birim zamanda hareket eden sıvının hacmini değil, bunun temsil ettiği kütle miktarını da bilmek isteyeceksiniz. Bu, belirli bir borunun veya diğer sıvı kanalının veya rezervuarın ne kadar ağırlığın güvenli bir şekilde taşıyabileceğinin bilinmesi gerektiğinde, mühendislikte açıkça kritiktir.
Kütle akış hızı formülü, tüm denklemin sıvının yoğunluğu ile çarpılmasıyla hacim akış hızı formülünden türetilebilir,ρ. Bu, yoğunluğun hacim bölü kütle olduğu gerçeğinden kaynaklanır, bu da kütlenin yoğunluk çarpı hacime eşit olduğu anlamına gelir. Hacimsel akış denklemi zaten birim zaman başına hacim birimlerine sahiptir, bu nedenle birim zaman başına kütle elde etmek için yoğunlukla çarpmanız yeterlidir.
Bu nedenle kütle akış hızı denklemi
\dot{m}=\rho AV
ṁveya "m-nokta", kütle akış hızının genel sembolüdür.
Hacim Debisi Problemleri
Size 0,1 m (10 cm, yaklaşık 4 inç) yarıçaplı bir boru verildiğini ve bu boruyu tüm dolu su deposunu bir saatten daha kısa sürede boşaltmak için kullanmanız gerektiğinin söylendiğini varsayalım. Tank, yüksekliği olan bir silindirdir (h) 3 metre ve 5 metre çapında. Su akışının borudan ne kadar hızlı hareket etmesi gerekecek, m cinsinden3/s, bu işi yapmak için? Bir silindirin hacminin formülü:
V=\pi r^2 sa
Faiz denklemiS = AVve çözdüğünüz değişkenV.
İlk önce, yarıçapın çapın yarısı olduğunu hatırlayarak tanktaki su hacmini hesaplayın:
V=\pi (2.5\text{ m})^2(3\text{ m})=58.9\text{ m}^3
Ardından, bir saatteki saniye sayısını belirleyin:
60\text{ s/dak}\times 60\text{ dak/sa} = 3600\text{ s}
Gerekli hava debisini belirleyin:
S=\frac{58.9\text{ m}^3}{3600\text{ s}}=0.01636\text{ m}^3\text{/s}
Şimdi alanı belirlebirdrenaj borunuzun:
A=\pi (0,1)^2 = 0,0314\text{ m}^2
Böylece sahip olduğunuz hacim akış hızı denkleminden
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}
Su, tankı uygun şekilde boşaltmak için borudan yaklaşık yarım metre veya saniyede 1,5 fitin biraz üzerinde hızlı ama makul bir hızla zorlanmalıdır.