Зміст
Об'ємний витрата - це термін у фізиці, який описує, скільки матерія - з точки зору фізичних розмірів, а не маси - рухається через простір за одиницю часу. Наприклад, коли ви запускаєте кухонний змішувач, певна кількість води (яку ви можете виміряти в рідини рідини, літри чи щось інше) виходить з отвору змішувача за певний проміжок часу (як правило, секунд або хвилин). Ця кількість вважається об'ємною витратою.
Термін "об'ємна витрата" майже завжди стосується рідин і газів; тверді речовини не «течуть», хоча вони теж можуть рухатися з постійною швидкістю через простір.
Рівняння об'ємного потоку
Основним рівнянням для задач такого роду є
Q = AV
де Q - об'ємний витрата, А - площа поперечного перерізу, зайнята текучим матеріалом, і V - середня швидкість течії. V вважається середнім, оскільки не кожна частина проточної рідини рухається з однаковою швидкістю. Наприклад, спостерігаючи, як води річки постійно пробиваються вниз за течією при заданій кількості галонів на секунду, ви помічаєте, що поверхня тут має повільніші течії і швидші там.
Поперечний переріз часто є колом в об'ємних витратах, тому що ці проблеми часто стосуються круглих труб. У цих випадках ви знаходите область А шляхом відсікання радіуса труби (що становить половину діаметра) і множення результату на постійну pi (π), яка має значення приблизно 3,14159.
Звичайна СІ (від французької для "міжнародної системи", рівнозначна "метричній") одиниці витрати - літри на секунду (л / с) або мілілітри в хвилину (мл / хв). Оскільки в США давно використовуються імперські (англійські) одиниці, проте, набагато частіше спостерігається об'ємний витрата, виражений у галонах / день, галонах / хв (г / хв) або кубічних футах в секунду (cfs). Щоб знайти об'ємний витрата в одиницях, які зазвичай не використовуються для цієї мети, ви можете скористатись онлайн-калькулятором витрат, як у Ресурсах.
Масова витрата
Іноді вам потрібно буде знати не просто об'єм рідини, що рухається за одиницю часу, а кількість маси, яку це представляє. Це, очевидно, важливо в техніці, коли потрібно знати, яку вагу може мати безпека труби чи іншого трубопроводу або резервуара для рідини.
Формула масового потоку може бути отримана з формули об'ємного потоку шляхом множення всього рівняння на щільність рідини, ρ. Це випливає з того факту, що щільність - це маса, поділена на об'єм, що також означає, що маса дорівнює щільності в рази. Рівняння об'ємного потоку вже має одиниці об'єму в одиницю часу, тому для отримання маси за одиницю часу просто потрібно помножити на щільність.
Отже, рівняння масового потоку є
ṁ = ρAV
ṁабо "m-крапка" - звичайний символ масової витрати.
Проблеми з обсягом потоку
Скажіть, вам дали трубу радіусом 0,1 м (10 см, близько 4 дюймів), і вам сказали, що вам потрібно використовувати цю трубу для зливу всього повного резервуара з водою менше ніж за одну годину. Бак - циліндр з висотою (год) 3 метри та діаметр 5 метрів. З якою швидкістю потік води повинен рухатися по трубі, м3/ с, щоб виконати цю роботу? Формула об'єму циліндра становить π_r_2год.
Рівняння відсотків є Q = AV, і змінна, яку ви вирішили, - це V.
Спочатку обчисліть об’єм води в баку, пам’ятаючи, що радіус половини діаметра:
π × (2,5 м)2 × 3 м = 58,9 м3
Потім визначте кількість секунд за годину:
60 с / хв × 60 хв / год = 3600 с
Визначте необхідну об'ємну витрату:
Q = 58,9 м3/ 3600 с = 0,01636 м3/ с
Тепер визначте площу А вашої дренажної труби:
π × (0.1)2 = 0,0314 м2
Таким чином, з рівняння об'ємної витрати ви маєте
V = Q/А
= 0,01636 м3/ с ÷ 0,0314 м2
= 0,52 м / с = 52 см / с
Вода повинна пропускатись через трубу зі швидкою, але правдоподібною швидкістю близько півметра, або трохи більше 1,5 футів, за секунду, щоб правильно злити бак.