حساب التدفق الحجمي وما يؤثر عليه

ال التدفق الحجمي يسمح بتحديد حجم السائل الذي يعبر جزءًا من القناة ويوفر مقياسًا للسرعة التي يتحرك بها السائل من خلاله. لذلك ، يعد القياس مثيرًا للاهتمام في مجالات متنوعة مثل الصناعة والطب والبناء والبحث ، وغيرها.

ومع ذلك ، فإن قياس سرعة المائع (سواء كان سائلاً أو غازًا أو خليطًا من الاثنين) ليس سهلاً مثل قياس سرعة حركة الجسم الصلب. لذلك ، يحدث أنه لمعرفة سرعة المائع ، من الضروري معرفة تدفقه.

يتم التعامل مع هذه والعديد من القضايا الأخرى المتعلقة بالسوائل من قبل قسم الفيزياء المعروف باسم ميكانيكا الموائع. يُعرَّف معدل التدفق بأنه مقدار السائل الذي يمر عبر جزء من خط أنابيب ، سواء كان ذلك خط أنابيب أو خط أنابيب نفط أو نهرًا أو قناة أو قناة دموية ، وما إلى ذلك ، مع مراعاة وحدة مؤقتة.

عادة ما يتم حساب وحدة التخزين التي تعبر منطقة معينة في وحدة زمنية ، وتسمى أيضًا التدفق الحجمي. يتم تعريف الكتلة أو التدفق الشامل الذي يعبر منطقة معينة في وقت معين ، على الرغم من أنه يستخدم بشكل متكرر أقل من التدفق الحجمي.

مؤشر

• 1 حساب
  • 1.1 معادلة الاستمرارية
  • 1.2 مبدأ برنولي
• 2 ما يؤثر على التدفق الحجمي?
  • 2.1 طريقة بسيطة لقياس التدفق الحجمي
• 3 المراجع 

حساب

يمثل التدفق الحجمي بالحرف Q. بالنسبة للحالات التي يتحرك فيها التدفق بشكل عمودي على قسم الموصل ، يتم تحديده بالصيغة التالية:

س = أ = الخامس / ر

في الصيغة المذكورة A هي قسم الموصل (وهو متوسط ​​السرعة التي يتمتع بها السائل) ، V هي الحجم و t هو الوقت المناسب. منذ في النظام الدولي يتم قياس مساحة أو قسم السائق في م² والسرعة في م / ث ، ويقاس التدفق م³/ ثانية.

بالنسبة للحالات التي تؤدي فيها سرعة إزاحة السائل إلى إنشاء زاوية θ مع الاتجاه العمودي لقسم السطح A ، فإن التعبير لتحديد التدفق هو التالي:

س = كوس θ

هذا يتسق مع المعادلة السابقة ، لأنه عندما يكون التدفق عموديًا على المنطقة A ، θ = 0 وبالتالي ، cos θ = 1.

المعادلات المذكورة أعلاه صحيحة فقط إذا كانت سرعة المائع موحدة وإذا كانت مساحة القسم مسطحة. خلاف ذلك ، يتم حساب التدفق الحجمي من خلال التكامل التالي:

س = ∫∫_الصورة الخامس د

في هذا الجزء المتكامل dS هو المتجه السطحي ، المحدد بالتعبير التالي:

س = ن س

هناك ، n هو ناقل الوحدة عادي على سطح القناة و dS عنصر سطح تفاضلي.

معادلة الاستمرارية

من خصائص السوائل غير القابلة للضغط هو أن كتلة السائل يتم حفظها عن طريق قسمين. لذلك ، يتم استيفاء معادلة الاستمرارية ، والتي تنشئ العلاقة التالية:

ρ₁ A₁ V₁ = ρ₂ A₂ V₂

في هذه المعادلة ρ كثافة السائل.

بالنسبة لحالات الأنظمة في التدفق الدائم ، والتي تكون فيها الكثافة ثابتة ، وبالتالي يتم الوفاء بها بما يلي:₁ = ρ₂, يتم تقليله إلى التعبير التالي:

A₁ V₁ = أ₂ V₂

هذا يعادل التأكيد على الحفاظ على التدفق ، وبالتالي:

Q₁ = س₂.

من ملاحظة ما سبق ، يتم استنتاج أن السوائل تتسارع عندما تصل إلى قسم أضيق من قناة ، في حين أنها تقلل من سرعتها عندما تصل إلى قسم أوسع من القناة. هذه الحقيقة لها تطبيقات عملية مثيرة للاهتمام ، لأنها تسمح باللعب بسرعة إزاحة السائل.

مبدأ برنولي

يحدد مبدأ برنولي أنه بالنسبة للسوائل المثالية (أي السائل الذي لا لزوجة ولا احتكاك) والذي يتحرك في نظام الدوران بواسطة قناة مغلقة يتم الوفاء بأن طاقته تظل ثابتة على طول كل إزاحته..

في النهاية ، مبدأ برنولي ليس سوى صياغة قانون حفظ الطاقة لتدفق السوائل. وبالتالي ، يمكن صياغة معادلة برنولي على النحو التالي:

ح + الخامس² / 2g + P / ρg = ثابت

في هذه المعادلة ، h هو الارتفاع و g هي تسارع الجاذبية.

في معادلة برنولي ، تؤخذ طاقة المائع في الاعتبار في أي وقت ، الطاقة التي تتكون من ثلاثة مكونات.

- عنصر ذو طابع حركي يتضمن الطاقة ، بسبب السرعة التي يتحرك بها السائل.

- مكون تم إنشاؤه بواسطة إمكانات الجاذبية ، كنتيجة للارتفاع الذي يوجد به السائل.

- أحد مكونات طاقة التدفق ، وهي الطاقة التي يدين بها السائل بسبب الضغط.

في هذه الحالة ، يتم التعبير عن معادلة برنولي على النحو التالي:

h ρ g + (v² ρ) / 2 + P = ثابت

من الواضح، في حالة التعبير السوائل الحقيقي للمعادلة برنولي هو غير راض، لأن في تشريد تحدث خسائر الاحتكاك السوائل ومن الضروري استخدام معادلة أكثر تعقيدا.

ما يؤثر على التدفق الحجمي?

سوف يتأثر التدفق الحجمي إذا كان هناك عائق في القناة.

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن حجم التدفق أيضا تغيير تأثير التغيرات في درجات الحرارة والضغط في السائل الفعلي تتحرك من خلال قناة، لا سيما إذا كان هو غاز، لأن الصوت من غاز المحتلة يختلف تبعا ل درجة الحرارة والضغط الذي هو.

طريقة بسيطة لقياس التدفق الحجمي

هناك طريقة بسيطة حقًا لقياس التدفق الحجمي وهي السماح بتدفق السوائل في خزان القياس لفترة زمنية معينة.

هذه الطريقة ليست عادة عملية للغاية ، ولكن الحقيقة هي أنه من السهل للغاية وتوضيح للغاية لفهم معنى وأهمية معرفة تدفق السائل.

وبهذه الطريقة ، يُسمح للسائل بالتدفق إلى خزان القياس لفترة من الوقت ، ويتم قياس الحجم المتراكم وتقسم النتيجة التي تم الحصول عليها بالوقت المنقضي.

مراجع

1. التدفق (السوائل) (n.d.). في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 15 أبريل 2018 من es.wikipedia.org.
2. معدل التدفق الحجمي (n.d.). في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 15 أبريل ، 2018 ، من en.wikipedia.org.
3. المهندسين حافة ، ذ م م. "معادلة معدل التدفق الحجمي للسوائل". المهندسين حافة
4. موت ، روبرت (1996). "1". ميكانيكا الموائع التطبيقية (الطبعة الرابعة). المكسيك: بيرسون التعليم.
5. باتشيلور ، جي. (1967). مقدمة في ديناميات الموائع. مطبعة جامعة كامبريدج.
6. لانداو ، ل. ليفشيتز ، إم. (1987). ميكانيكا الموائع دورة الفيزياء النظرية (الطبعة الثانية). بيرغامون الصحافة.