Volumetrische stroomberekening en wat deze beïnvloedt

de volumestroom het maakt het mogelijk het volume vloeistof te bepalen dat een deel van de leiding passeert en biedt een maat voor de snelheid waarmee de vloeistof erdoorheen beweegt. Daarom is de meting vooral interessant in onder meer de industrie, geneeskunde, bouw en onderzoek.

Het meten van de snelheid van een vloeistof (hetzij een vloeistof, een gas of een mengsel van beide) is echter niet zo eenvoudig als het meten van de bewegingssnelheid van een vast lichaam. Daarom is het zo dat om de snelheid van een vloeistof te kennen, het nodig is om de stroom ervan te kennen.

Deze en vele andere kwesties met betrekking tot vloeistoffen worden behandeld door de tak van de fysica die bekend staat als vloeistofmechanica. De stroomsnelheid wordt gedefinieerd als hoeveel vloeistof door een gedeelte van een pijpleiding gaat, of dit nu een pijpleiding, een oliepijpleiding, een rivier, een kanaal, een bloedkanaal, enz. Is, rekening houdend met een tijdelijke eenheid.

Gewoonlijk wordt het volume dat een bepaald gebied kruist berekend in een tijdseenheid, ook wel volumestroom genoemd. De massa of massastroom die een bepaald gebied op een bepaald tijdstip passeert, wordt ook gedefinieerd, hoewel deze minder vaak wordt gebruikt dan de volumestroom.

index

• 1 Berekening
  • 1.1 Continuïteitsvergelijking
  • 1.2 Het principe van Bernoulli
• 2 Wat beïnvloedt de volumestroom?
  • 2.1 Eenvoudige methode voor het meten van de volumestroom
• 3 referenties 

berekening

De volumestroom wordt weergegeven door de letter Q. Voor de gevallen waarin de stroming loodrecht op het gedeelte van de geleider beweegt, wordt deze bepaald met de volgende formule:

Q = A = V / t

In formule A is de geleidersectie (het is de gemiddelde snelheid die de vloeistof heeft), V is het volume en t is de tijd. Omdat in het internationale systeem het gebied of gedeelte van de bestuurder wordt gemeten in m² en de snelheid in m / s, de stroom wordt gemeten m³/ s.

Voor de gevallen waarin de snelheid van de verplaatsing van het fluïdum een ​​hoek θ maakt met de richting loodrecht op het gedeelte van oppervlak A, is de uitdrukking om de stroom te bepalen het volgende:

Q = A cos θ

Dit is consistent met de vorige vergelijking, omdat wanneer de stroming loodrecht staat op het gebied A, θ = 0 en, bijgevolg, cos θ = 1.

De bovenstaande vergelijkingen zijn alleen waar als de snelheid van het fluïdum uniform is en als het oppervlak van het gedeelte vlak is. Anders wordt de volumestroom berekend met behulp van de volgende integraal:

Q = ∫∫_s v d S

In deze integraal dS is de oppervlaktevector, bepaald door de volgende uitdrukking:

dS = n dS

Daar is n de eenheidsvector loodrecht op het oppervlak van het kanaal en dS een differentieel oppervlakte-element.

Continuïteitsvergelijking

Een kenmerk van onsamendrukbare fluïda is dat de massa van de vloeistof wordt geconserveerd door middel van twee secties. Daarom is aan de continuïteitsvergelijking voldaan, die de volgende relatie tot stand brengt:

ρ₁ Een₁ V₁ = ρ₂ Een₂ V₂

In deze vergelijking is p de dichtheid van het fluïdum.

Voor de gevallen van regimes in permanente stroom, waarin de dichtheid constant is en daarom is voldaan aan dat ρ₁ = ρ₂, het is teruggebracht tot de volgende uitdrukking:

Een₁ V₁ = A₂ V₂

Dit komt overeen met het bevestigen dat de stroom is geconserveerd en daarom:

Q₁ = Q₂.

Uit de waarneming van het bovenstaande wordt afgeleid dat de fluïda worden versneld wanneer ze een smaller gedeelte van een leiding bereiken, terwijl ze hun snelheid verminderen wanneer ze een breder gedeelte van een leiding bereiken. Dit feit heeft interessante praktische toepassingen, omdat het toelaat om te spelen met de snelheid van verplaatsing van een vloeistof.

Het principe van Bernoulli

Het principe van Bernoulli bepaalt dat voor een ideaal fluïdum (dat wil zeggen een fluïdum dat geen viscositeit noch wrijving heeft) dat beweegt in een circulatieregime door een gesloten leiding, is voldaan aan de voorwaarde dat zijn energie constant blijft langs al zijn verplaatsing.

Uiteindelijk is het principe van Bernoulli niets anders dan de formulering van de wet van behoud van energie voor de stroom van een vloeistof. De Bernoulli-vergelijking kan dus als volgt worden geformuleerd:

h + v² / 2g + P / ρg = constant

In deze vergelijking is h de hoogte en g de versnelling van de zwaartekracht.

In de Bernoulli-vergelijking wordt op elk moment rekening gehouden met de energie van een vloeistof, energie die uit drie componenten bestaat.

- Een onderdeel van het kinetische karakter dat de energie bevat, vanwege de snelheid waarmee de vloeistof beweegt.

- Een component gegenereerd door de zwaartekracht, als gevolg van de hoogte waarop de vloeistof zich bevindt.

- Een onderdeel van de energie van de stroming, de energie die een vloeistof te danken heeft aan de druk.

In dit geval wordt de Bernoulli-vergelijking als volgt uitgedrukt:

h ρ g + (v² ρ) / 2 + P = constant

Logischerwijze wordt in het geval van een echt fluïdum niet voldaan aan de uitdrukking van de Bernoulli-vergelijking, omdat er wrijvingsverliezen optreden bij de verplaatsing van het fluïdum en het noodzakelijk is om een ​​meer complexe vergelijking te gebruiken.

Wat beïnvloedt de volumestroom?

De volumestroom wordt beïnvloed als er een obstructie in het kanaal is.

Bovendien kan de volumestroom ook veranderen als gevolg van variaties in temperatuur en druk in de werkelijke vloeistof die door een kanaal gaat, vooral als dit een gas is, omdat het volume dat wordt ingenomen door een gas varieert afhankelijk van de temperatuur en de druk waaraan het is.

Eenvoudige methode voor het meten van de volumestroom

Een heel eenvoudige methode om de volumestroom te meten, is door een vloeistof een bepaalde tijd in een maatbeker te laten stromen.

Deze methode is meestal niet erg praktisch, maar de waarheid is dat het uiterst eenvoudig en zeer illustratief is om de betekenis en het belang van het kennen van de stroom van een vloeistof te begrijpen.

Op deze manier laat men het fluïdum een ​​tijdlang in een meettank stromen, wordt het geaccumuleerde volume gemeten en wordt het verkregen resultaat gedeeld door de verstreken tijd.

referenties

1. Flow (Fluid) (n.d.). In Wikipedia. Opgehaald op 15 april 2018, via es.wikipedia.org.
2. Volumetrisch debiet (n.d.). In Wikipedia. Opgehaald op 15 april 2018, via en.wikipedia.org.
3. Engineers Edge, LLC. "Fluid Volumetric Flow Rate Equation". Ingenieurs Edge
4. Mott, Robert (1996). "1". Toegepaste vloeistofmechanica (4e editie). Mexico: Pearson Education.
5. Batchelor, G.K. (1967). Een inleiding tot Fluid Dynamics. Cambridge University Press.
6. Landau, L.D .; Lifshitz, E.M. (1987). Fluid Mechanics Cursus theoretische fysica (2e ed.). Pergamon Press.