การไหลตามปริมาตร: การคำนวณและสิ่งที่มีผลต่อมัน
การ ไหลตามปริมาตร ช่วยให้สามารถกำหนดปริมาตรของของเหลวที่ผ่านส่วนหนึ่งของท่อและเสนอการวัดความเร็วที่ของเหลวเคลื่อนที่ผ่าน ดังนั้นการวัดจึงมีความน่าสนใจเป็นพิเศษในด้านที่มีความหลากหลายเช่นอุตสาหกรรมการแพทย์การก่อสร้างและการวิจัยเป็นต้น
อย่างไรก็ตามการวัดความเร็วของของเหลว (ไม่ว่าจะเป็นของเหลวก๊าซหรือส่วนผสมของทั้งสองอย่าง) นั้นไม่ง่ายเหมือนการวัดความเร็วในการเคลื่อนที่ของวัตถุที่เป็นของแข็ง ดังนั้นจึงเกิดขึ้นที่การรู้ความเร็วของของไหลที่จำเป็นต่อการรู้การไหลของมัน
สิ่งนี้และปัญหาอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับของเหลวถูกจัดการโดยสาขาฟิสิกส์ที่รู้จักกันในชื่อกลศาสตร์ของไหล การไหลถูกกำหนดว่าของเหลวไหลผ่านส่วนหนึ่งของท่อไม่ว่าจะเป็นท่อ, ท่อส่งน้ำมัน, แม่น้ำ, ช่อง, ท่อร้อยสายไฟ ฯลฯ โดยคำนึงถึงหน่วยชั่วคราว
โดยปกติแล้วปริมาตรที่ข้ามพื้นที่บางพื้นที่จะถูกคำนวณในหน่วยเวลาหรือที่เรียกว่าการไหลตามปริมาตร มวลหรือการไหลของมวลที่ข้ามบางพื้นที่ในเวลาที่กำหนดยังถูกกำหนดแม้ว่ามันจะใช้บ่อยกว่าการไหลเชิงปริมาตร
การคำนวณ
ปริมาตรการไหลจะถูกแทนด้วยตัวอักษร Q สำหรับกรณีที่การไหลไหลตั้งฉากกับส่วนของตัวนำจะถูกกำหนดด้วยสูตรต่อไปนี้:
Q = A = V / t
ในสูตรดังกล่าวเป็นส่วนของตัวนำ (เป็นความเร็วเฉลี่ยที่ของเหลวมี) V คือปริมาตรและเวลา เนื่องจากในระบบระหว่างประเทศพื้นที่หรือส่วนของตัวนำนั้นถูกวัดเป็น m2 และความเร็วเป็น m / s การไหลจึงถูกวัด m3 / s
สำหรับกรณีที่ความเร็วของการกระจัดของของไหลสร้างมุมθโดยมีทิศทางตั้งฉากกับส่วนของพื้นผิว A การแสดงออกเพื่อกำหนดกระแสคือ:
Q = A cos θ
สิ่งนี้สอดคล้องกับสมการก่อนหน้านี้เนื่องจากเมื่อการไหลตั้งฉากกับพื้นที่ A, θ = 0 และดังนั้น cos cos = 1
สมการข้างต้นเป็นจริงหากความเร็วของของไหลเท่ากันและถ้าพื้นที่ของส่วนนั้นราบเรียบ มิฉะนั้นการคำนวณปริมาตรจะถูกคำนวณผ่านอินทิกรัลต่อไปนี้:
Q = ∫∫ s vd S
ในอินทิกรัล dS นี้คือเวกเตอร์พื้นผิวซึ่งพิจารณาโดยนิพจน์ต่อไปนี้:
dS = n dS
n คือเวกเตอร์หน่วยปกติที่ผิวของท่อและ dS เป็นส่วนต่างของพื้นผิว
สมการความต่อเนื่อง
ลักษณะของของเหลวที่ไม่สามารถบีบอัดได้คือมวลของของเหลวนั้นได้รับการอนุรักษ์โดยใช้สองส่วน ดังนั้นสมการความต่อเนื่องจึงเป็นจริงซึ่งสร้างความสัมพันธ์ต่อไปนี้:
ρ 1 A 1 V 1 = ρ 2 A 2 V 2
ในสมการนี้ρคือความหนาแน่นของของไหล
สำหรับกรณีของระบอบการปกครองในการไหลถาวรซึ่งความหนาแน่นคงที่และดังนั้นจึงเป็นจริงที่ρ 1 = ρ 2 จะลดลงถึงการแสดงออกต่อไปนี้:
A 1 V 1 = A 2 V 2
สิ่งนี้เทียบเท่ากับการยืนยันว่ากระแสอนุรักษ์และดังนั้น:
Q 1 = Q 2
จากการสังเกตข้างต้นมันอนุมานได้ว่าของเหลวจะถูกเร่งเมื่อพวกเขามาถึงส่วนที่แคบลงของท่อในขณะที่พวกเขาลดความเร็วของพวกเขาเมื่อพวกเขามาถึงส่วนที่กว้างขึ้นของท่อ ความจริงเรื่องนี้มีแอปพลิเคชั่นที่น่าสนใจเนื่องจากสามารถเล่นกับความเร็วของการเคลื่อนที่ของของไหล
หลักการของเบอร์นูลลี
หลักการของ Bernoulli กำหนดว่าในอุดมคติของเหลว (กล่าวคือของเหลวที่ไม่มีความหนืดหรือความไม่ลงรอยกัน) ที่เคลื่อนไหวในระบอบการไหลเวียนของระบบไหลเวียนโดยการปิดท่อมันเป็นจริงว่าพลังงานของมันจะคงที่ตลอดการเคลื่อนที่
ท้ายที่สุดแล้วหลักการของเบอร์นูลลีนั้นไม่มีอะไรอื่นนอกจากการกำหนดกฎการอนุรักษ์พลังงานเพื่อการไหลของของไหล ดังนั้นสมการเบอร์นูลลีสามารถกำหนดได้ดังนี้
h + v2 / 2g + P / ρg = ค่าคงที่
ในสมการนี้ h คือความสูงและ g คือการเร่งความเร็วของแรงโน้มถ่วง
ในสมการเบอร์นูลลีพลังงานของของเหลวถูกนำมาพิจารณาเมื่อใดก็ได้พลังงานที่ประกอบด้วยองค์ประกอบสามส่วน
- ส่วนประกอบของลักษณะการเคลื่อนไหวที่รวมพลังงานเนื่องจากความเร็วที่ของเหลวเคลื่อนที่
- ส่วนประกอบที่สร้างขึ้นโดยศักย์โน้มถ่วงซึ่งเป็นผลมาจากความสูงซึ่งเป็นที่ตั้งของของไหล
- ส่วนประกอบของพลังงานการไหลซึ่งเป็นพลังงานที่ของเหลวเป็นหนี้เนื่องจากแรงดัน
ในกรณีนี้สมการเบอร์นูลลีแสดงดังต่อไปนี้:
h ρ g + (v2 ρ) / 2 + P = คงที่
อย่างมีเหตุผลในกรณีของของเหลวจริงการแสดงออกของสมการเบอร์นูลลีไม่เป็นจริงเนื่องจากการสูญเสียแรงเสียดทานเกิดขึ้นในการกำจัดของเหลวและจำเป็นต้องใช้สมการที่ซับซ้อนมากขึ้น
มีผลต่อการไหลปริมาตรคืออะไร?
การไหลของปริมาตรจะได้รับผลกระทบหากมีสิ่งกีดขวางในท่อ
นอกจากนี้การไหลเชิงปริมาตรยังสามารถเปลี่ยนแปลงได้เนื่องจากความแปรผันของอุณหภูมิและความดันในของเหลวจริงที่ไหลผ่านท่อโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้านี่คือก๊าซ อุณหภูมิและความดัน
วิธีง่ายๆในการวัดการไหลของปริมาตร
วิธีที่ง่ายมากสำหรับการวัดปริมาตรการไหลคือการปล่อยให้ของไหลไหลเข้าสู่ถังวัดในช่วงระยะเวลาหนึ่ง
วิธีการนี้มักจะไม่ใช้งานได้จริง แต่ความจริงก็คือมันง่ายมากและเป็นตัวอย่างมากที่จะเข้าใจความหมายและความสำคัญของการรู้การไหลของของเหลว
ด้วยวิธีนี้ของเหลวจะได้รับอนุญาตให้ไหลเข้าไปในถังวัดเป็นระยะเวลาปริมาตรสะสมจะถูกวัดและผลที่ได้จะถูกหารด้วยเวลาที่ผ่านไป
