Содержание
Объемный расход - это термин в физике, который описывает, сколько вещества - с точки зрения физических размеров, а не массы - движется в пространстве за единицу времени. Например, когда вы запускаете кухонный кран, определенное количество воды (которое вы можете измерить в жидких унциях, литрах или чем-то еще) выходит из отверстия крана через определенный промежуток времени (обычно секунды или минуты). Это количество считается объемным расходом.
Термин «объемный расход» почти всегда применяется к жидкостям и газам; твердые вещества не «текут», даже если они тоже могут двигаться с постоянной скоростью в пространстве.
Уравнение объемного расхода
Основное уравнение для задач такого рода
Q = средний
где Q объемный расход, площадь поперечного сечения, занимаемая текучим материалом, и В средняя скорость потока. В считается средним, потому что не каждая часть протекающей жидкости движется с одинаковой скоростью. Например, когда вы наблюдаете, как воды реки неуклонно спускаются вниз по течению с определенным количеством галлонов в секунду, вы замечаете, что у поверхности есть более медленные потоки здесь и более быстрые там.
Поперечное сечение часто представляет собой круг проблем объемного расхода, поскольку эти проблемы часто касаются круглых труб. В этих случаях вы найдете область возводя в квадрат радиус трубы (который равен половине диаметра) и умножая результат на константу pi (π), которая имеет значение около 3,14159.
Обычные значения SI (от французского для «международной системы» равносильно «метрической») единицы измерения расхода составляют литры в секунду (л / с) или миллилитры в минуту (мл / мин). Поскольку в США уже давно используются имперские (английские) единицы, тем не менее, гораздо чаще можно увидеть объемный расход, выраженный в галлонах / день, галлонах / мин (галлонов в минуту) или кубических футах в секунду (ср.). Чтобы найти объемные скорости потока в единицах, которые обычно не используются для этой цели, вы можете использовать онлайн-калькулятор скорости потока, такой как в Ресурсах.
Массовый расход
Иногда вам нужно знать не только объем жидкости, движущейся в единицу времени, но и количество массы, которое это представляет. Это, очевидно, критически важно при проектировании, когда необходимо знать, какой вес может безопасно удерживать данная труба или другой трубопровод для жидкости или резервуар.
Формула массового расхода может быть получена из формулы объемного расхода путем умножения всего уравнения на плотность жидкости, ρ, Это следует из того факта, что плотность - это масса, деленная на объем, что также означает, что масса равна плотности, умноженной на объем. Уравнение объемного расхода уже имеет единицы объема в единицу времени, поэтому, чтобы получить массу в единицу времени, вам просто нужно умножить на плотность.
Следовательно, уравнение массового расхода
ṁ = ρAV
ṁили «m-точка» - это обычный символ для массового расхода.
Проблемы с объемным расходом
Скажем, вам дали трубу с радиусом 0,1 м (10 см, около 4 дюймов) и сказали, что вам нужно использовать эту трубу для слива всего полного резервуара с водой менее чем за час. Танк представляет собой цилиндр с высотой (час) 3 метра и диаметром 5 метров. Как быстро поток воды должен будет проходить по трубе, в м3/ s, чтобы выполнить эту работу? Формула для объема цилиндра: π_r_2час.
Уравнение интереса Q = среднийи переменная, для которой вы решаете В.
Сначала рассчитайте объем воды в резервуаре, помня, что радиус равен половине диаметра:
π × (2,5 м)2 × 3 м = 58,9 м3
Затем определите количество секунд в часе:
60 с / мин × 60 мин / час = 3600 с
Определите необходимый объемный расход:
Q = 58,9 м3/ 3600 с = 0,01636 м3/ s
Теперь определите площадь вашей дренажной трубы:
π × (0.1)2 = 0,0314 м2
Таким образом, из уравнения для объемного расхода у вас есть
В = Q/
= 0,01636 м3/ с ÷ 0,0314 м2
= 0,52 м / с = 52 см / с
Вода должна проходить через трубу с быстрой, но вероятной скоростью около полуметра или чуть более 1,5 фута в секунду, чтобы правильно слить воду из бака.