VOLUMETRIJSKI PROTOK: PRORAČUN I ŠTO UTJEČE NA NJEGA - FIZIČKA - 2024

Količina protoka određuje količinu tekućine koja teče kroz dio vodovoda i daje mjeru brzini kojom se tekućina putuje u njoj. Stoga je njegovo mjerenje posebno zanimljivo na raznim područjima kao što su industrija, medicina, građevinarstvo i istraživanje, među ostalim.

Međutim, mjerenje brzine neke tekućine (bilo da je riječ o tekućini, plinu ili mješavini obojega) nije tako jednostavno kao što može biti mjerenje brzine pomaka čvrstog tijela. Stoga se događa da je za brzinu neke tekućine potrebno znati njezin protok.

Ovim i mnogim drugim pitanjima koja se odnose na fluide bavi se grana fizike poznata kao mehanika fluida. Protok se definira kao količina tekućine kroz dio cjevovoda, bilo da je to cjevovod, naftovod, rijeka, kanal, krvotok itd., Uzimajući u obzir vremensku jedinicu.

Obično se izračunava volumen koji kroz jedinicu vremena prođe kroz određeno područje, koji se naziva i volumetrijskim protokom. Definiran je i masni ili masni protok koji kroz određeno vrijeme prolazi kroz određeno područje, iako se koristi rjeđe od volumena.

računanje

Volumetrijski protok predstavljen je slovom Q. Za slučajeve u kojima se protok kreće okomito na dio vodiča, određuje se sljedećom formulom:

Q = A = V / t

U ovoj formuli A je presjek vodiča (to je prosječna brzina fluida), V volumen i t vrijeme. Budući da se u međunarodnom sustavu područje ili presjek vodiča mjeri u m ^2, a brzina u m / s, protok se mjeri u m ³ / s.

Za slučajeve u kojima brzina pomaka tekućine stvara kut θ s pravcem okomitim na površinski presjek A, izraz za određivanje brzine protoka je sljedeći:

Q = A cos θ

To je u skladu s prethodnom jednadžbom, jer kada je protok okomit na područje A, θ = 0 i, prema tome, cos θ = 1.

Gornje jednadžbe su istinite samo ako je brzina fluida jednaka, a područje presjeka ravno. U suprotnom, volumetrijski protok se izračunava kroz sljedeći integral:

Q = ∫∫ _s vd S

U ovom je integralnom dS površinski vektor određen sljedećim izrazom:

dS = n dS

Tamo je n jedinični vektor normalan na površini kanala, a dS je površinski diferencijalni element.

Jednadžba kontinuiteta

Karakteristika nekompresibilnih tekućina je da se masa tekućine čuva pomoću dva dijela. Iz tog razloga je zadovoljena jednadžba kontinuiteta koja uspostavlja sljedeći odnos:

ρ ₁ A ₁ V ₁ = ρ ₂ A ₂ V ₂

U ovoj jednadžbi ρ je gustoća tekućine.

Za slučajeve režima u stalnom toku, u kojima je gustoća konstantna, i stoga je zadovoljeno da je ρ ₁ = ρ ₂, ona se svodi na sljedeći izraz:

A ₁ V ₁ = A ₂ V ₂

To je ekvivalentno potvrđivanju očuvanja protoka i, prema tome:

Q ₁ = Q ₂.

Iz promatranja gore navedenog proizlazi da tekućine ubrzavaju kada dođu do užeg dijela cjevovoda, dok usporavaju kada dođu do šireg dijela cjevovoda. Ova činjenica ima zanimljive praktične primjene, jer omogućava igranje brzinom kretanja neke tekućine.

Bernoullijev princip

Bernoullijev princip određuje da za idealnu tekućinu (tj. Fluid koji nema ni viskoznost, ni trenje) koji se kreće u cirkulaciji kroz zatvoreni cjevovod, njegova energija ostaje konstantna tijekom cijelog pomaka.

Konačno, Bernoullijev princip nije ništa drugo do formulacija Zakona očuvanja energije za protok neke tekućine. Dakle, Bernoullijeva jednadžba može se formulirati na sljedeći način:

h + v ² / 2g + P / ρg = konstanta

U ovoj je jednadžbi h visina, a g ubrzanje zbog gravitacije.

Bernoullijeva jednadžba u svakom trenutku uzima u obzir energiju tekućine, energiju koja se sastoji od tri komponente.

- Kinetička komponenta koja uključuje energiju zbog brzine kojom se fluid kreće.

- sastavni dio generiran gravitacijskim potencijalom, kao posljedica visine na kojoj je tekućina.

- komponenta protočne energije, koja je energija koju tekućina posjeduje zbog tlaka.

U ovom se slučaju Bernoullijeva jednadžba izražava na sljedeći način:

h ρ g + (v ² ρ) / 2 + P = konstanta

Logično je da u slučaju stvarne tekućine izraz Bernoullijeve jednadžbe nije ispunjen, jer se pri premještanju tekućine pojavljuju gubici trenja i potrebno je pribjeći složenijoj jednadžbi.

Što utječe na volumetrijski protok?

Volumetrijski protok će utjecati ako dođe do blokade u kanalu.

Uz to, volumetrijski protok se također može mijenjati zbog promjena temperature i tlaka u stvarnoj tekućini koja se kreće kroz cjevovod, posebno ako je to plin, jer volumen koji plin zauzima varira temperature i tlaka pri kojem je.

Jednostavna metoda mjerenja volumetrijskog protoka

Doista jednostavna metoda mjerenja volumetrijskog protoka je pustiti tekućinu u dozirani spremnik tijekom određenog vremenskog razdoblja.

Ova metoda općenito nije baš praktična, ali istina je da je krajnje jednostavno i vrlo ilustrativno razumjeti značenje i važnost poznavanja brzine protoka neke tekućine.

Na taj se način pustite da se tekućina tokom nekog vremena ulije u dozirani spremnik, mjeri se akumulirani volumen i dobiveni rezultat dijeli s protečenim vremenom.

Reference

1. Protok (tekućina) (drugi). Na Wikipediji. Preuzeto 15. travnja 2018. s es.wikipedia.org.
2. Volumetrijski protok (nd). Na Wikipediji. Preuzeto 15. travnja 2018. s en.wikipedia.org.
3. Engineers Edge, LLC. "Tečna volumetrijska jednadžba protoka". Inženjeri Edge
4. Mott, Robert (1996). "jedan". Primjena mehanike tekućina (4. izdanje). Meksiko: Pearson Education.
5. Batchelor, GK (1967). Uvod u dinamiku fluida. Cambridge University Press.
6. Landau, LD; Lifshitz, EM (1987). Mehanika fluida. Tečaj teorijske fizike (2. izd.). Pergamon Press.