Innhold
Volumstrømningshastighet er et begrep i fysikk som beskriver hvor mye materie - når det gjelder fysiske dimensjoner, ikke masse - som beveger seg gjennom rommet per tidsenhet. For eksempel når du kjører en kjøkkenkran, går en gitt mengde vann (som du måler i væske unser, liter eller noe annet) ut av kranenes åpning i løpet av en gitt tid (vanligvis sekunder eller minutter). Denne mengden regnes som volumstrømningshastigheten.
Begrepet "volumstrømningshastighet" gjelder nesten alltid væsker og gasser; faste stoffer flyter ikke, selv om de også kan bevege seg jevnlig gjennom rommet.
Volumstrømningshastigheten
Den grunnleggende ligningen for slike problemer er
Q = AV
hvor Q er volumstrømmen, EN er tverrsnittsområdet okkupert av det flytende materialet, og V er den gjennomsnittlige strømningshastigheten. V regnes som et gjennomsnitt fordi ikke alle deler av et rennende fluid beveger seg med samme hastighet. Når du for eksempel ser vannene i en elv ta seg vei jevnlig nedstrøms med et gitt antall liter per sekund, merker du at overflaten har langsommere strømninger her og raskere dem der.
Tverrsnittet er ofte en sirkel i volumstrømningshastighetsproblemer, fordi disse problemene ofte angår sirkulære rør. I disse tilfellene finner du området EN ved å kvadratere radien til røret (som er halvparten av diameteren) og multiplisere resultatet med konstanten pi (π), som har en verdi på omtrent 3,14159.
De vanlige SI (fra det franske for "internasjonalt system," som "metrisk") strømningshastighetsenheter er liter per sekund (L / s) eller milliliter per minutt (ml / min). Fordi USA lenge har brukt keiserlige (engelske) enheter, er det likevel langt vanligere å se volumstrømningshastigheter uttrykt i gallon / dag, gallons / min (gpm) eller kubikkfot per sekund (cfs). For å finne volumstrømningshastigheter i enheter som ikke ofte brukes til dette formålet, kan du bruke en online strømningshastighetskalkulator som den i Ressursene.
Massestrøm
Noen ganger vil du vite ikke bare volumet av væske som beveger seg per tidsenhet, men mengden masse dette representerer. Dette er åpenbart kritisk i prosjektering når det må være kjent hvor mye vekt et gitt rør eller annen fluidledning eller reservoar trygt kan ha.
Massestrømningshastighetsformelen kan avledes fra volumstrømningshastighetsformelen ved å multiplisere hele ligningen med fluidets tetthet, ρ. Dette følger av at tettheten er masse delt etter volum, noe som også betyr at masse tilsvarer tetthet ganger volum. Volumstrømningsligningen har allerede volumenheter per tidsenhet, så for å få masse per tidsenhet må du ganske enkelt multiplisere med tetthet.
Massestrømningshastighetsligningen er derfor
ṁ = ρAV
ṁ, eller "m-dot", er det vanlige symbolet for massestrømningshastighet.
Problemer med volumstrømningshastighet
Si at du fikk et rør med en radius på 0,1 m (10 cm, ca. 4 tommer) og ble fortalt at du måtte bruke dette røret til å tømme en hel full vanntank på mindre enn en time. Tanken er en sylinder med en høyde (h) på 3 meter og en diameter på 5 meter. Hvor raskt vil vannstrømmen trenge å bevege seg gjennom røret, i m3/ s, for å få gjort denne jobben? Formelen for volumet til en sylinder er π_r_2h.
Ligningen av interesse er Q = AV, og variabelen du løser for er V.
Først beregner du volumet av vann i tanken, husk at radiusen er halvparten av diameteren:
π × (2,5 m)2 × 3 m = 58,9 moh3
Deretter bestemmer du antall sekunder på en time:
60 s / min × 60 min / time = 3600 s
Bestem ønsket volumstrøm:
Q = 58,9 moh3/ 3600 s = 0,01636 moh3/ s
Bestem nå området EN av avløpsrøret ditt:
π × (0.1)2 = 0,0314 moh2
Dermed fra ligningen for volumstrømningshastighet du har
V = Q/EN
= 0,01636 moh3/ s ÷ 0,0314 moh2
= 0,52 m / s = 52 cm / s
Vann må tvinges gjennom røret med en rask, men sannsynlig hastighet på omtrent en halv meter, eller litt over 1,5 fot, per sekund for å tømme tanken ordentlig.