Volymström: Beräkning och vad som påverkar det
Det volymetriska flödet tillåter att bestämma volymen av fluid som korsar en sektion av ledningen och erbjuder ett mått på den hastighet med vilken vätskan rör sig genom den. Därför är dess mätning särskilt intressant inom områden som är så olika som industri, medicin, konstruktion och forskning bland annat.
Emellertid är det inte så enkelt att mäta hastigheten hos en vätska (det vill säga en vätska, en gas eller en blandning av båda) som att mäta rörelsens hastighet för en fast kropp. Därför händer det att för att känna hastigheten hos en vätska är det nödvändigt att känna till sitt flöde.
Detta och många andra problem relaterade till vätskor behandlas av den fysikgren som kallas fluidmekanik. Flödet definieras som hur mycket vätska passerar genom en sektion av en ledning, oavsett om det rör sig om en rörledning, en oljeledning, en flod, en kanal, en blodledning etc. med beaktande av en tillfällig enhet.
Vanligen beräknas volymen som korsar ett visst område i en tidsenhet, även kallad volymström. Mass- eller massflödet som korsar ett visst område vid en bestämd tid definieras också, även om den används mindre ofta än det volymflöde.
beräkning
Det volymetriska flödet representeras av bokstaven Q. För de fall i vilka flödet rör sig vinkelrätt mot ledarens sektion bestäms det med följande formel:
Q = A = V / t
I nämnda formel A är ledarens sektion (det är den genomsnittliga hastigheten som vätskan har), V är volymen och t tiden. Eftersom i det internationella systemet mäts området eller sektionen av ledaren i m2 och hastigheten i m / s, flödet mäts m3 / s.
För de fall där hastigheten av förskjutningen av fluiden skapar en vinkel 6 med riktningen vinkelrätt mot sektionen av yta A är uttrycket för att bestämma flödet följande:
Q = A cosθ
Detta överensstämmer med föregående ekvation, eftersom när flödet är vinkelrätt mot området A, θ = 0 och följaktligen cos θ = 1.
Ovanstående ekvationer är bara sanna om vätskans hastighet är likformig och om sektionen av sektionen är platt. I annat fall beräknas volymströmmen genom följande integral:
Q = ∫∫ s vd S
I detta integrerade dS är ytan vektorn bestämd av följande uttryck:
dS = n dS
Där är n enhetens vektor normal till ytan av ledningen och dS ett differentiellt element av ytan.
Kontinuitetslikvation
En egenskap hos inkompressibla fluider är att vätskans massa bevaras med hjälp av två sektioner. Därför är kontinuitetsekvationen uppfylld, vilket fastställer följande förhållande:
p 1 A 1 V 1 = p 2 A 2 V 2
I denna ekvation är p densiteten hos vätskan.
För fallen av regimer i permanent flöde, där densiteten är konstant och därför är uppfylld att p 1 = p 2, reduceras den till följande uttryck:
A 1 V 1 = A 2 V 2
Detta motsvarar att bekräfta att flödet är bevarat och därför:
Q1 = Q2.
Från ovanstående observation dras det ut att vätskorna accelereras när de når en smalare del av en ledning, medan de minskar deras hastighet när de når en bredare del av en ledning. Detta faktum har intressanta praktiska tillämpningar, eftersom det tillåter att spela med hastigheten av förskjutning av en vätska.
Bernoullis princip
Principen för Bernoulli bestämmer att för en idealvätska (det vill säga en vätska som varken har viskositet eller friktion) som rör sig i cirkulationsregimen genom en sluten ledning är det uppfyllt att dess energi förblir konstant över hela dess förskjutning.
I slutändan är Bernoullis princip inget annat än formuleringen av lagen om bevarande av energi för flödet av en vätska. Sålunda kan Bernoulli ekvationen formuleras enligt följande:
h + v2 / 2g + P / pg = konstant
I denna ekvation är h höjden och g är accelerationen av tyngdkraften.
I Bernoulli-ekvationen beaktas energin hos en vätska när som helst, energi som består av tre komponenter.
- En komponent av kinetisk karaktär som inkluderar energin på grund av den hastighet med vilken vätskan rör sig.
- En komponent som genereras av gravitationspotentialen, som en konsekvens av höjden vid vilken vätskan är belägen.
- En komponent i flödesenergin, vilken är den energi som en vätska beror på på grund av trycket.
I detta fall uttrycks Bernoulli ekvationen enligt följande:
h ρ g + (v2 p) / 2 + P = konstant
Logiskt är, när det gäller en verklig vätska, inte uttrycket av Bernoulli ekvationen uppfyllt, eftersom friktionstab uppträder vid förskjutningen av vätskan och det är nödvändigt att tillgripa en mer komplex ekvation.
Vad påverkar volymen flödet?
Volymflödet kommer att påverkas om det finns en obstruktion i kanalen.
Dessutom kan det volymetriska flödet också förändras på grund av variationer i temperatur och tryck i själva vätskan som rör sig genom en kanal, speciellt om detta är en gas, eftersom volymen upptaget av en gas varierar enligt temperatur och tryck.
Enkel metod att mäta volymflödet
En väldigt enkel metod för att mäta volymflödet är att låta ett fluidum strömma in i en mättank under en viss tidsperiod.
Denna metod är vanligtvis inte så praktisk, men sanningen är att det är extremt enkelt och mycket illustrativt att förstå betydelsen och betydelsen av att veta flödet av en vätska.
På detta sätt får fluidet flöda i en mättank under en tidsperiod, den ackumulerade volymen mäts och det erhållna resultatet divideras med den förflutna tiden.
