Obsah
Objemový prietok je vo fyzike termín, ktorý opisuje, koľko hmoty - pokiaľ ide o fyzikálne rozmery, nie hmotnosť - sa pohybuje v priestore za jednotku času. Napríklad, keď prevádzkujete kuchynský kohútik, určité množstvo vody (ktorú by ste mohli merať v tekutých unciach, litroch alebo čomkoľvek inom) vyteká z otvoru kohútika v danom čase (zvyčajne sekundy alebo minúty). Toto množstvo sa považuje za objemový prietok.
Pojem „objemový prietok“ sa takmer vždy vzťahuje na kvapaliny a plyny; tuhé látky „nepretekajú“, hoci sa aj oni môžu priestorom pohybovať konštantnou rýchlosťou.
Rovnica objemového prietoku
Základná rovnica pre problémy tohto druhu je
Q = AV
kde Q je objemový prietok, je plocha prierezu, ktorú zaberá tečúci materiál, a V je priemerná rýchlosť toku. V sa považuje za priemer, pretože nie každá časť prúdiacej tekutiny sa pohybuje rovnakou rýchlosťou. Napríklad, keď sledujete, ako sa voda v rieke neustále pohybuje po prúde pri danom počte galónov za sekundu, všimnete si, že povrch má pomalšie prúdy a rýchlejšie tu.
Prierez je často kruhom problémov s objemovým prietokom, pretože tieto problémy sa často týkajú kruhových rúrok. V týchto prípadoch nájdete oblasť kvadrátom polomeru potrubia (čo je polovica priemeru) a vynásobením výsledku konštantou pi (π), ktorá má hodnotu asi 3,14159.
Obvyklé jednotky prietoku SI (z francúzštiny pre „medzinárodný systém“, „do metrických“) sú litre za sekundu (L / s) alebo mililitre za minútu (ml / min). Pretože v USA sa už dlho používajú britské (anglické) jednotky, je stále oveľa bežnejšie vidieť objemové prietoky vyjadrené v galónoch za deň, galónoch za minútu (gpm) alebo kubických stôp za sekundu (cfs). Ak chcete nájsť objemové prietoky v jednotkách, ktoré sa na tento účel bežne nepoužívajú, môžete použiť online kalkulačku prietoku, ako je kalkulačka v časti Zdroje.
Hmotnostný prietok
Niekedy budete chcieť poznať nielen objem tekutiny pohybujúcej sa za jednotku času, ale množstvo hmoty, ktoré predstavuje. Toto je evidentne kritické v strojárstve, keď musí byť známe, ako veľkú váhu môže dané potrubie alebo iné potrubie alebo nádrž na tekutinu bezpečne udržať.
Vzorec hmotnostného prietoku sa dá odvodiť zo vzorca objemového prietoku vynásobením celej rovnice hustotou tekutiny, ρ, Vyplýva to zo skutočnosti, že hustota je hmotnosť vydelená objemom, čo tiež znamená, že hmotnosť sa rovná hustote a objemu. Rovnica objemového toku už obsahuje jednotky objemu za jednotku času, takže ak chcete získať hmotnosť za jednotku času, musíte sa jednoducho vynásobiť hustotou.
Rovnica hmotnostného prietoku je preto
ṁ = ρAV
ṁalebo „m-dot“ je obvyklý symbol hmotnostného prietoku.
Problémy s objemovým prietokom
Povedzme, že ste dostali rúrku s polomerom 0,1 m (10 cm, asi 4 palce) a bolo vám povedané, že musíte použiť túto rúrku na vypustenie celej nádrže na vodu za menej ako jednu hodinu. Nádrž je valec s výškou (hod) 3 metre a priemere 5 metrov. Ako rýchlo sa bude musieť prúd vody pohybovať potrubím vm3/ s, aby ste túto prácu vykonali? Vzorec pre objem valca je π_r_2hod.
Rovnica záujmu je Q = AVa premenná, ktorú hľadáte, je V.
Najprv vypočítajte objem vody v nádrži, nezabudnite, že polomer je polovicou priemeru:
π × (2,5 m)2 × 3 m = 58,9 m3
Potom stanovte počet sekúnd za hodinu:
60 s / min. X 60 min / h = 3600 s
Stanovte požadovaný objemový prietok:
Q = 58,9 m3/ 3600 s = 0,011636 m3/ s
Teraz určte oblasť odtokovej rúry:
π × (0.1)2 = 0,0314 m2
Takže z rovnice pre objemový prietok máte
V = Q/
= 0,01636 m3/ s ÷ 0,0314 m2
= 0,52 m / s = 52 cm / s
Voda musí byť pretláčaná potrubím rýchlou, ale pravdepodobnou rýchlosťou asi pol metra alebo o niečo viac ako 1,5 metra za sekundu, aby sa nádrž správne vyprázdnila.