Содержание
Определение скорости потока воды из носика, такого как кран для сада или в ванной комнате, - это простое упражнение, для которого не требуется ничего, кроме ведра и таймера. Расчет расхода в открытом желобе, таком как желоб или русло реки, немного сложнее, а расчет расхода жидкости внутри закрытой трубы еще сложнее.
В общем, формула расхода Q = × v, где Q скорость потока, площадь поперечного сечения в точке на пути потока и v это скорость жидкости в этой точке. В некоторых ситуациях, например, вода течет по руслу реки, вычисляя это сложно, и лучшее, что вы можете сделать, это приближение. В других, таких как жидкость, протекающая в закрытой трубе, ее трудно измерить v, но вы не должны. Если вы можете измерить давление жидкости, вы можете использовать Закон Пуазейля.
Расчет расхода через отверстие
Если вам необходимо узнать скорость потока через отверстие, например, на патрубке или капельном патрубке, все, что вам нужно сделать, это позволить определенному объему накапливаться в контейнере и измерить, сколько времени потребуется для его накопления. Например, вы можете измерить скорость потока из патрубка, позволив воде заполнить 5-галлонное ведро и записав время. Разделите 5 на время, необходимое для получения количества галлонов в единицу времени. Если вы измеряете время в минутах, вы получите результат в галлонах в минуту.
Чтобы измерить скорость потока из маленького отверстия, такого как у капельного эмиттера, вам понадобится намного меньший контейнер, такой как баночка с квартой, и более длинная единица времени, но принцип тот же. Источники капельного потока обычно оцениваются в количестве галлонов в час, которые они излучают. Эмиттер, который выдает 1 галлон в час, заполнит банку кварта за 15 минут.
Использование формулы расхода
Если вы видите, как течет жидкость, вы можете измерить ее скорость, а это означает, что все, что вам нужно, это область, через которую течет жидкость, чтобы рассчитать расход по формуле Q = × v.
Если жидкость течет через отверстие или прозрачную трубку, одним из способов измерения скорости является введение красителя в качестве маркера и времени, которое требуется красителю для прохождения двух точек. После измерения радиуса трубки или отверстия, вы можете рассчитать площадь, используя π_r_2затем используйте v × рассчитать расход.
Для прохождения через естественные объекты, такие как русло реки, вы должны приблизить площадь. Предположим, что самая глубокая часть реки является радиусом полуцилиндрического желоба. Рассчитать площадь поперечного сечения с помощью π_r_2затем возьмите половину этого и используйте это для в уравнении Q = v × чтобы получить приблизительный расход.
Расчет расхода с использованием давления
Когда жидкость течет через закрытую трубу, вы не можете видеть ее, поэтому вы не можете измерить ее скорость. Однако, если вы можете измерить давление жидкости - что обычно легко сделать с помощью манометра - вы можете использовать закон Пуазейля для расчета расхода. Согласно Закону Пуазейля, скорость потока Q изменяется напрямую с перепадом давления Δ_p_ между концами трубы и четвертой степенью радиуса трубы р4, и это изменяется обратно пропорционально длине трубы L, Уравнение:
Q = frac {π Delta pr ^ 4} {8μL}где µ вязкость жидкости.
Закон Пуазейля предполагает ламинарный (нетурбулентный) поток, который является безопасным допущением при низких давлениях и малых диаметрах труб.