Об'ємна швидкість потоку - це термін у фізиці, який описує, скільки речовини - з точки зору фізичних розмірів, а не маси - рухається в просторі за одиницю часу. Наприклад, коли ви запускаєте кухонний кран, певну кількість води (яку ви можете виміряти в унціях рідини, літрів або щось інше) виходить із отвору крана за певний проміжок часу (зазвичай секунд або хвилин). Ця кількість вважається об'ємною витратою.
Термін "об’ємна витрата" майже завжди застосовується до рідин та газів; тверді речовини не "течуть", навіть якщо вони теж можуть рухатися зі стійкою швидкістю через космос.
Рівняння об'ємного потоку
Основним рівнянням для задач такого роду є
Q = AV
деПитання- об'ємний витрата,A- площа поперечного перерізу, зайнята текучим матеріалом, іV- середня швидкість потоку.Vвважається середнім показником, оскільки не кожна частина текучої рідини рухається з однаковою швидкістю. Наприклад, спостерігаючи, як води річки стабільно просуваються вниз за течією із заданою кількістю галонів в секунду, ви помічаєте, що на поверхні тут повільніші течії, а там швидші.
Поперечний переріз часто є колом в об’ємних витратах, оскільки ці проблеми часто стосуються кругових труб. У цих випадках ви знайдете областьAшляхом квадратування радіуса труби (що дорівнює половині діаметра) і множення результату на константу pi (π), яка має значення приблизно 3,14159.
Звичайні одиниці швидкості потоку СІ (з французької - "міжнародна система", рівнозначна "метричній") - літри в секунду (л / с) або мілілітри в хвилину (мл / хв). Оскільки США вже давно використовують імперські (англійські) одиниці, проте все ще частіше можна спостерігати об'ємні витрати, що виражаються в галонах / день, галонах / хв (gpm) або кубічних футах в секунду (cfs). Щоб знайти об’ємні витрати в одиницях, які зазвичай не використовуються для цієї мети, ви можете скористатися онлайн-калькулятором витрати, подібним до того, що наведено в Ресурсах.
Масова витрата
Іноді вам захочеться знати не просто об’єм рідини, що рухається за одиницю часу, а кількість маси, яку це представляє. Це, очевидно, є критично важливим у техніці, коли потрібно знати, скільки ваги може забезпечити певна труба чи інший трубопровід для рідини або резервуар.
Формулу масового витрати можна отримати з формули об'ємної витрати, помноживши все рівняння на щільність рідини,ρ. Це випливає з того факту, що щільність - це маса, поділена на об'єм, що також означає, що маса дорівнює щільності, помноженій на об'єм. Рівняння об'ємного потоку вже має одиниці об'єму за одиницю часу, тому, щоб отримати масу за одиницю часу, вам просто потрібно помножити на щільність.
Отже, рівняння масової витрати є
\ точка {m} = \ rho AV
ṁ, або "m-точка" - звичайний символ масової витрати.
Проблеми з об’ємним потоком
Скажімо, вам дали трубу радіусом 0,1 м (10 см, приблизно 4 дюйма) і сказали, що вам потрібно використовувати цю трубу для зливу цілого повного резервуару води менш ніж за одну годину. Бак являє собою циліндр з висотою (h) 3 метри і діаметр 5 метрів. Наскільки швидко потрібно буде рухатися потоку води по трубі, м3/ s, щоб виконати цю роботу? Формула об'єму балона:
V = \ pi r ^ 2 год
Рівняння відсотка такеПитання = AV, а змінна, яку ви вирішуєте, єV.
Спочатку обчисліть об’єм води в резервуарі, пам’ятаючи, що радіус дорівнює половині діаметра:
V = \ pi (2,5 \ text {m}) ^ 2 (3 \ text {m}) = 58,9 \ text {m} ^ 3
Потім визначте кількість секунд за годину:
60 \ text {s / min} \ раз 60 \ text {хв / год} = 3600 \ text {s}
Визначте необхідний об'ємний витрата:
Q = \ frac {58,9 \ text {m} ^ 3} {3600 \ text {s}} = 0,01636 \ text {m} ^ 3 \ text {/ s}
Тепер визначте площуAвашої дренажної труби:
A = \ pi (0,1) ^ 2 = 0,0314 \ текст {m} ^ 2
Таким чином, з рівняння для об'ємної витрати у вас є
V = \ frac {Q} {A} = \ frac {0,01636 \ text {m} ^ 3 \ text {/ s}} {0,0314 \ text {m} ^ 2} = 0,52 \ text {m / s} = 52 \ text {см / с}
Вода повинна просочуватися через трубу з швидкою, але правдоподібною швидкістю близько півметра або трохи більше 1,5 футів в секунду, щоб правильно злити бак.