Tūrinis srautas: apskaičiavimas ir tai, kas tai daro
Tūrio srautas leidžia nustatyti skysčio tūrį, kuris kerta vamzdžio dalį ir siūlo greitį, kuriuo skystis juda. Todėl jos matavimas yra ypač įdomus tokiose įvairiose srityse kaip pramonė, medicina, statyba ir moksliniai tyrimai.
Tačiau matuojant skysčio greitį (ar tai būtų skystis, dujos ar abiejų mišinys), nėra taip paprasta, kaip matuoti kieto kūno judėjimo greitį. Todėl atsitinka, kad žinoti skysčio greitį būtina žinoti jo srautą.
Šį ir daugelį kitų klausimų, susijusių su skysčiais, sprendžia fizikos skyrius, žinomas kaip skysčių mechanika. Srautas apibrėžiamas kaip skysčio, einančio per kanalo dalį, nesvarbu, ar tai yra vamzdynas, naftotiekis, upė, kanalas, kraujo kanalas, ir tt, atsižvelgiant į laikinąjį vienetą.
Paprastai tam tikroje srityje kertantis tūris apskaičiuojamas laiko vienetais, dar vadinamu tūrio srautu. Taip pat apibrėžiama masė arba masės srautas, kuris per tam tikrą laiką kerta tam tikrą plotą, nors jis naudojamas rečiau nei tūrinis srautas.
Skaičiavimas
Tūrio srautą parodo raidė Q. Tais atvejais, kai srautas yra statmenas laidininko sekcijai, jis nustatomas pagal šią formulę:
Q = A = V / t
Minėtoje formulėje A yra laidininko sekcija (tai yra vidutinis greitis, kurį turi skystis), V - laikas ir t laikas. Kadangi tarptautinėje sistemoje laidininko plotas arba dalis matuojama m2 ir greitis m / s, srautas matuojamas m3 / s.
Tais atvejais, kai skysčio poslinkio greitis sukelia kampą θ, kuris yra statmenas paviršiaus A sekcijai, srauto nustatymo išraiška yra tokia:
Q = A cos θ
Tai atitinka ankstesnę lygtį, nes kai srautas yra statmenas A, θ = 0 ir atitinkamai cos θ = 1.
Pirmiau pateiktos lygtys yra tikros, jei skysčio greitis yra vienodas ir jei sekcijos plotas yra lygus. Priešingu atveju tūrinis srautas apskaičiuojamas pagal tokį integralą:
Q = ∫∫ s vd S
Šioje integruotoje dS yra paviršiaus vektorius, nustatomas pagal šią išraišką:
dS = n dS
Čia n yra vieneto vektorius, normalus vamzdžio paviršiui ir dS, diferencinis paviršiaus elementas.
Tęstinumo lygtis
Nesuspaustų skysčių savybė yra ta, kad skysčio masė konservuojama dviem sekcijomis. Todėl įvykdyta tęstinumo lygtis, kuri nustato tokius santykius:
ρ 1 A 1 V 1 = ρ 2 A 2 V 2
Šioje lygtyje ρ yra skysčio tankis.
Nuolatinio srauto režimų, kuriuose tankis yra pastovus, ir todėl įvykdyta, kad ρ 1 = ρ 2, atveju jis sumažinamas iki tokios formulės:
A 1 V 1 = A 2 V 2
Tai atitinka patvirtinimą, kad srautas yra išsaugotas ir todėl:
Q1 = Q2.
Atsižvelgiant į tai, kas išdėstyta pirmiau, daroma išvada, kad skysčiai pagreitėja, kai jie pasiekia siauresnę kanalo dalį, o jų greitis sumažėja, kai jie pasiekia platesnę vamzdžio dalį. Šis faktas turi įdomių praktinių pritaikymų, nes leidžia žaisti su skysčio judėjimo greičiu.
Bernulio principas
Bernullio principas nustato, kad idealiam skysčiui (ty skysčiui, kuris neturi nei klampumo, nei trinties), kuris cirkuliacijos režimu persijungia uždarame vamzdyne, įvykdoma, kad jo energija išlieka pastovi išilgai viso poslinkio.
Galiausiai Bernullio principas nėra nieko kito, kaip formuluotė dėl energijos išsaugojimo skysčio srautui. Taigi Bernoulli lygtis gali būti suformuluota taip:
h + v2 / 2g + P / ρg = konstanta
Šioje lygtyje h yra aukštis ir g yra gravitacijos pagreitis.
Bernulio lygtyje visuomet atsižvelgiama į skysčio energiją, kurią sudaro trys komponentai.
- kinetinio pobūdžio sudedamoji dalis, apimanti energiją dėl greičio, kuriuo skystis juda.
- komponentas, susidaręs dėl gravitacijos potencialo dėl to, kad yra aukštis, kuriuo skystis yra.
- srauto energijos komponentas, kuris yra energija, kurią skystis sukelia dėl slėgio.
Šiuo atveju Bernoulli lygtis išreiškiama taip:
h ρ g + (v2 ρ) / 2 + P = pastovi
Logiškai, tikro skysčio atveju, Bernoulli lygties išraiška nėra įvykdyta, nes trinties nuostoliai atsiranda skysčio išstūmime, todėl būtina pasinaudoti sudėtingesne lygtimi.
Kas veikia tūrinį srautą?
Tūrio srautas bus paveiktas, jei ortakyje yra kliūčių.
Be to, tūrinis srautas taip pat gali keistis dėl temperatūros ir slėgio svyravimų faktiškai skysčiuose, tekančiuose per ortakį, ypač jei tai yra dujos, nes dujų užimamas tūris skiriasi atsižvelgiant į temperatūra ir slėgis.
Paprastas tūrio srauto matavimo metodas
Labai paprastas tūrio srauto matavimo metodas yra leisti skysčiui tam tikrą laiką patekti į matavimo baką.
Šis metodas paprastai nėra labai praktiškas, tačiau tiesa, kad tai yra labai paprasta ir labai iliustruojanti, kad suprastume skysčio srauto žinojimo reikšmę ir svarbą.
Tokiu būdu skysčiui leidžiama tekėti į matavimo talpą tam tikrą laiką, išmatuotas tūris matuojamas ir gautas rezultatas padalijamas iš praėjusio laiko.
