Обемен дебит: изчисление и какво влияе върху него
Обемният поток позволява да се определи обемът на флуида, който пресича част от тръбопровода и предлага мярка за скоростта, с която течността се движи през нея. Следователно, неговото измерване е особено интересно в области като индустрията, медицината, строителството и научните изследвания, наред с други.
Въпреки това, измерването на скоростта на течността (било то течност, газ или смес от двете) не е толкова просто, колкото измерването на скоростта на движение на твърдо тяло. Следователно, да се знае скоростта на течността е необходимо да се знае нейният поток.
Този и много други въпроси, свързани с течности, се разглеждат от клона на физиката, познат като механика на течности. Потокът се дефинира като количество течност, минаваща през участък от тръбопровод, независимо дали е тръбопровод, нефтопровод, река, канал, тръбопровод за кръв и т.н., като се има предвид временна единица.
Обикновено обемът, който пресича определена област, се изчислява в единица време, наричана още обемния поток. Масовият или масов поток, който пресича определена площ в определено време, също се определя, въпреки че се използва по-рядко от обемния поток.
изчисление
Обемният поток е представен с буквата Q. За случаите, когато потокът се движи перпендикулярно на участъка на проводника, той се определя по следната формула:
Q = A = V / t
В споменатата формула А е участъкът на проводника (това е средната скорост, която има течността), V е обемът и t времето. Тъй като в международната система площта или сечението на проводника се измерва в m2 и скоростта в m / s, дебитът се измерва m3 / s.
За случаите, в които скоростта на изместване на флуида създава ъгъл θ с посоката, перпендикулярна на участъка от повърхността А, изразът за определяне на потока е следният:
Q = A cos θ
Това е в съответствие с предишното уравнение, тъй като, когато потокът е перпендикулярно на областта А, θ = 0 и следователно, cos θ = 1.
Горните уравнения са валидни само ако скоростта на флуида е еднаква и ако площта на участъка е плоска. В противен случай обемният поток се изчислява чрез следния интеграл:
Q = v s vd S
В този интеграл dS е повърхностният вектор, определен от следния израз:
dS = n dS
Там n е единичният вектор, нормален към повърхността на тръбопровода и dS диференциален елемент на повърхността.
Уравнение за непрекъснатост
Характерно за несвиваемите флуиди е, че масата на флуида се запазва с помощта на две секции. Следователно, уравнението за непрекъснатост е изпълнено, което установява следната връзка:
ρ 1 A 1 V 1 = ρ 2 A 2 V 2
В това уравнение ρ е плътността на флуида.
За случаите на режими в постоянен поток, при които плътността е постоянна и следователно се изпълнява, че ρ 1 = ρ 2, тя се свежда до следния израз:
A 1 V 1 = A 2 V 2
Това е еквивалентно на потвърждаване, че потокът е запазен и следователно:
Q 1 = Q 2 .
От наблюдението на горното се заключава, че течностите се ускоряват, когато достигнат по-тясна част от тръбопровода, докато намаляват скоростта си, когато достигнат по-широка част от тръбопровода. Този факт има интересни практически приложения, тъй като позволява да се играе със скоростта на изместване на флуида.
Принципът на Бернули
Принципът на Бернули определя, че за идеална течност (т.е. течност, която няма вискозитет или триене), която се движи в режим на циркулация чрез затворен тръбопровод, се изпълнява, че нейната енергия остава постоянна по цялото си изместване.
В крайна сметка, принципът на Бернули не е нищо друго освен формулирането на Закона за запазване на енергията за потока на флуида. По този начин уравнението на Бернули може да бъде формулирано както следва:
h + v2 / 2g + P / ρg = константа
В това уравнение, h е височината и g е ускорението на гравитацията.
В уравнението на Бернули енергията на флуида се взема под внимание по всяко време, енергия, която се състои от три компонента.
- компонент от кинетичен характер, който включва енергията, дължаща се на скоростта, с която се движи течността.
- компонент, генериран от гравитационния потенциал, вследствие на височината, на която се намира течността.
- Компонент на енергията на потока, която е енергията, която флуидът дължи поради налягането.
В този случай уравнението на Бернули се изразява по следния начин:
h ρ g + (v2 ρ) / 2 + P = постоянно
Логично, в случая на реалния флуид, изразът на уравнението на Бернули не е изпълнен, тъй като загубите от триенето възникват при изместването на флуида и е необходимо да се прибегне до по-сложно уравнение.
Какво влияе на обемния поток?
Обемният поток ще бъде засегнат, ако има запушване в канала.
В допълнение, обемният поток може също да се промени поради промени в температурата и налягането в действителния флуид, преминаващ през тръбопровода, особено ако това е газ, тъй като обемът, зает с газ, варира в зависимост от температура и налягане.
Опростен метод за измерване на обемния поток
Наистина прост метод за измерване на обемния поток е да позволи на течността да тече в измервателен съд за определен период от време.
Този метод обикновено не е много практичен, но истината е, че е изключително проста и много илюстративна, за да се разбере значението и значението на познаването на потока на флуида.
По този начин течността се оставя да тече в измервателен съд за определен период от време, като се измерва натрупаният обем и полученият резултат се разделя на изминалото време.
