Περιεχόμενο
- Υπολογισμός ρυθμού ροής μέσω οπής
- Χρησιμοποιώντας τον τύπο ροής
- Υπολογισμός ποσοστού ροής με χρήση πίεσης
Η εύρεση του ρυθμού ροής του νερού από ένα στόμιο εκροής, όπως ένας βραστήρας κήπου ή μια βρύση μπάνιου, είναι μια απλή άσκηση που δεν απαιτεί τίποτα περισσότερο από έναν κάδο και ένα χρονοδιακόπτη. Ο υπολογισμός του ρυθμού ροής σε μια ανοικτή γούρνα, όπως η υδρορροή ή η κοίτη του ποταμού, είναι λίγο πιο περίπλοκος και ο υπολογισμός του ρυθμού ροής ενός υγρού μέσα σε ένα κλειστό σωλήνα είναι ακόμα πιο πολύπλοκος.
Ο τύπος ρυθμού ροής, γενικά, είναι Q = ΕΝΑ × v, που Q είναι ο ρυθμός ροής, ΕΝΑ είναι η περιοχή διατομής σε ένα σημείο της διαδρομής της ροής και v είναι η ταχύτητα του υγρού σε εκείνο το σημείο. Σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως το νερό που ρέει σε κοίτη του ποταμού, υπολογισμού ΕΝΑ είναι δύσκολο και το καλύτερο που μπορείτε να κάνετε είναι μια προσέγγιση. Σε άλλες, όπως το ρευστό που ρέει σε κλειστό σωλήνα, είναι δύσκολο να μετρηθεί v, αλλά δεν χρειάζεται να. Εάν μπορείτε να μετρήσετε την πίεση υγρού, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το νόμο Poiseuilles.
Υπολογισμός ρυθμού ροής μέσω οπής
Εάν πρέπει να γνωρίζετε την παροχή μέσω ενός στομίου, όπως ένα πείρο ή ένα σταλάκτη στάγδην, το μόνο που έχετε να κάνετε είναι να επιτρέψετε έναν ορισμένο όγκο να συσσωρευτεί σε ένα δοχείο και να μετρήσετε πόσο χρόνο χρειάζεται για να συσσωρευτεί. Για παράδειγμα, μπορείτε να μετρήσετε το ρυθμό ροής από ένα πώμα, επιτρέποντας στο νερό να γεμίσει έναν κάδο των 5 γαλόνων και να καταγράψει την ώρα. Χωρίστε 5 κατά το χρόνο που χρειάστηκε για να πάρετε τον αριθμό γαλόνια ανά μονάδα χρόνου. Εάν μετρήσετε το χρόνο σε λεπτά, θα έχετε το αποτέλεσμα σε γαλόνια ανά λεπτό.
Για να μετρήσετε το ρυθμό ροής από ένα μικρό στόμιο, όπως αυτό ενός σταλάκτη στάγδην, θα χρειαστείτε ένα πολύ μικρότερο δοχείο, όπως ένα βάζο quart και μια μεγαλύτερη μονάδα χρόνου, αλλά η αρχή είναι η ίδια. Οι εκπομπός σταγόνων είναι συνήθως βαθμολογούνται με τον αριθμό των γαλόνων ανά ώρα που εκπέμπουν. Ένας πομπός που βγάζει 1 γαλόνι ανά ώρα θα γεμίσει ένα βάζο τετράγωνο σε 15 λεπτά.
Χρησιμοποιώντας τον τύπο ροής
Εάν μπορείτε να δείτε το ρέον ρευστό, μπορείτε να μετρήσετε την ταχύτητά του και αυτό σημαίνει ότι το μόνο που χρειάζεστε είναι η περιοχή μέσω της οποίας ρέει το ρευστό για να υπολογίσετε τον ρυθμό ροής χρησιμοποιώντας τον τύπο Q = ΕΝΑ × v.
Εάν το ρευστό ρέει διαμέσου ενός στομίου ή ενός διαυγούς σωλήνα, ένας τρόπος μέτρησης της ταχύτητας είναι να εισαχθεί η βαφή ως δείκτης και ο χρόνος για τον χρόνο που χρειάζεται η βαφή να περάσει δύο σημεία. Αφού μετρήσετε την ακτίνα του σωλήνα ή του στομίου, μπορείτε να υπολογίσετε την περιοχή χρησιμοποιώντας π_r_2, στη συνέχεια χρησιμοποιήστε v × ΕΝΑ για τον υπολογισμό του ρυθμού ροής.
Για να περάσετε από φυσικά χαρακτηριστικά, όπως μια κοίτη, πρέπει να προσεγγίσετε την περιοχή. Υποθέστε ότι το βαθύτερο μέρος του ποταμού είναι η ακτίνα μιας ημικυλινδρικής σκάφης. Υπολογίστε την περιοχή διατομής χρησιμοποιώντας π_r_2, τότε πάρτε τα μισά από αυτά και χρησιμοποιήστε τα για ΕΝΑ στην εξίσωση Q = v × ΕΝΑ για να επιτευχθεί κατά προσέγγιση ρυθμός ροής.
Υπολογισμός ποσοστού ροής με χρήση πίεσης
Όταν ένα ρευστό ρέει μέσω ενός κλειστού σωλήνα, το λοξοτομείτε να το βλέπετε, έτσι δεν μπορείτε να μετρήσετε την ταχύτητά του. Ωστόσο, εάν μπορείτε να μετρήσετε την πίεση του υγρού - που είναι συνήθως εύκολο να γίνει, χρησιμοποιώντας ένα μανόμετρο - μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον νόμο Poiseuilles για να υπολογίσετε την παροχή. Σύμφωνα με τον νόμο Poiseuilles, ο ρυθμός ροής Q ποικίλλει άμεσα με τη διαφορά πίεσης Δ_ρ_ μεταξύ των άκρων του σωλήνα και την τέταρτη ισχύ της ακτίνας του σωλήνα r4, και ποικίλει αντιστρόφως με το μήκος του σωλήνα μεγάλο. Η εξίσωση είναι:
Q = frac {π Delta pr ^ 4} {8μL}που µ είναι το ιξώδες του ρευστού.
Ο νόμος Poiseuilles αναλαμβάνει τη στρωτή (μη τυρβώδη) ροή, η οποία είναι μια ασφαλής παραδοχή σε χαμηλές πιέσεις και μικρές διαμέτρους σωλήνων.