Volumenstromberechnung und was sie betrifft



Die Volumenstrom es ermöglicht, das Flüssigkeitsvolumen zu bestimmen, das einen Abschnitt der Leitung durchquert, und gibt ein Maß für die Geschwindigkeit an, mit der sich die Flüssigkeit durch die Leitung bewegt. Daher ist seine Messung besonders in so unterschiedlichen Bereichen wie Industrie, Medizin, Bauwesen und Forschung interessant.

Die Messung der Geschwindigkeit eines Fluids (sei es eine Flüssigkeit, ein Gas oder eine Mischung aus beiden) ist jedoch nicht so einfach wie die Messung der Bewegungsgeschwindigkeit eines festen Körpers. Daher ist es notwendig, um die Geschwindigkeit eines Fluids zu kennen, den Fluss zu kennen.

Diese und viele andere Probleme, die mit Flüssigkeiten zu tun haben, werden von der Physik als Fluidmechanik behandelt. Die Durchflussrate ist definiert als die Menge an Flüssigkeit, die durch einen Abschnitt einer Leitung fließt, sei es eine Pipeline, eine Ölpipeline, ein Fluss, ein Kanal, eine Blutleitung usw., unter Berücksichtigung einer temporären Einheit.

Üblicherweise wird das Volumen, das eine bestimmte Fläche durchquert, in einer Zeiteinheit, auch Volumenstrom genannt, berechnet. Der Massen- oder Massestrom, der zu einem bestimmten Zeitpunkt eine bestimmte Fläche durchquert, wird ebenfalls definiert, obwohl er weniger häufig als der Volumenstrom verwendet wird.

Index

  • 1 Berechnung
    • 1.1 Kontinuitätsgleichung
    • 1.2 Bernoulli's Prinzip
  • 2 Was beeinflusst den Volumenstrom?
    • 2.1 Einfache Methode zur Messung des Volumenstroms
  • 3 Referenzen

Berechnung

Der Volumenstrom wird durch den Buchstaben Q dargestellt. Für die Fälle, in denen sich die Strömung senkrecht zum Leiterabschnitt bewegt, wird sie mit folgender Formel bestimmt:

Q = A = V / t

In dieser Formel ist A der Leiterabschnitt (es ist die Durchschnittsgeschwindigkeit, die die Flüssigkeit hat), V ist das Volumen und t ist die Zeit. Da im internationalen System der Bereich oder Abschnitt des Leiters in m gemessen wird2 und die Geschwindigkeit in m / s, die Strömung wird m gemessen3/ s.

Für die Fälle, in denen die Geschwindigkeit der Verschiebung des Fluids einen Winkel θ mit der Richtung senkrecht zum Abschnitt der Oberfläche A erzeugt, ist der Ausdruck zur Bestimmung des Flusses der folgende:

Q = A cos θ

Dies ist konsistent mit der vorherigen Gleichung, da, wenn die Strömung senkrecht zu der Fläche A ist, θ = 0 und folglich cos θ = 1 ist.

Die obigen Gleichungen sind nur wahr, wenn die Geschwindigkeit der Flüssigkeit gleichförmig ist und wenn die Fläche des Abschnitts flach ist. Ansonsten wird der Volumenstrom durch das folgende Integral berechnet:

Q = ∫∫s v d S

In diesem Integral dS ist der Oberflächenvektor durch folgenden Ausdruck bestimmt:

dS = n dS

Dort ist n der Einheitsvektor senkrecht zur Kanaloberfläche und dS ein differentielles Flächenelement.

Kontinuitätsgleichung

Eine Eigenschaft von inkompressiblen Fluiden ist, dass die Masse der Flüssigkeit durch zwei Abschnitte konserviert wird. Daher ist die Kontinuitätsgleichung erfüllt, die die folgende Beziehung aufstellt:

ρ1 A1 V1 = ρ2 A2 V2

In dieser Gleichung ist ρ die Dichte der Flüssigkeit.

Für die Fälle von Regimen im permanenten Fluss, in denen die Dichte konstant ist und daher ρ erfüllt ist1 = ρ2Es wird auf den folgenden Ausdruck reduziert:

A1 V1 = A2 V2

Dies ist gleichbedeutend mit der Bestätigung, dass der Fluss erhalten bleibt und daher:

Q1 = Q2.

Aus der Beobachtung des Obigen wird abgeleitet, dass die Flüssigkeiten beschleunigt werden, wenn sie einen engeren Abschnitt einer Leitung erreichen, während sie ihre Geschwindigkeit verringern, wenn sie einen breiteren Abschnitt einer Leitung erreichen. Diese Tatsache hat interessante praktische Anwendungen, da sie es erlaubt, mit der Geschwindigkeit der Verdrängung einer Flüssigkeit zu spielen.

Bernoulli's Prinzip

Das Prinzip von Bernoulli bestimmt, dass für ein ideales Fluid (dh ein Fluid, das weder Viskosität noch Reibung hat), das sich im Zirkulationsbereich durch eine geschlossene Leitung bewegt, erfüllt ist, dass seine Energie während seiner gesamten Verschiebung konstant bleibt.

Letztendlich ist das Prinzip von Bernoulli nichts anderes als die Formulierung des Gesetzes zur Erhaltung der Energie für den Fluss einer Flüssigkeit. So kann die Bernoulli-Gleichung wie folgt formuliert werden:

h + v2 / 2g + P / ρg = konstant

In dieser Gleichung ist h die Höhe und g ist die Erdbeschleunigung.

In der Bernoulli-Gleichung wird jederzeit die Energie einer Flüssigkeit berücksichtigt, die aus drei Komponenten besteht.

- Eine Komponente mit kinetischem Charakter, die aufgrund der Geschwindigkeit, mit der sich die Flüssigkeit bewegt, die Energie enthält.

- Eine durch das Gravitationspotential erzeugte Komponente als Folge der Höhe, in der sich die Flüssigkeit befindet.

- Eine Komponente der Energie des Flusses, die die Energie ist, die ein Fluid aufgrund des Drucks verdankt.

In diesem Fall wird die Bernoulli-Gleichung wie folgt ausgedrückt:

h ρ g + (v2 ρ) / 2 + P = konstant

Logischerweise ist im Falle eines realen Fluids der Ausdruck der Bernoulli-Gleichung nicht erfüllt, da Reibungsverluste bei der Verdrängung des Fluids auftreten und es notwendig ist, auf eine komplexere Gleichung zurückzugreifen.

Was beeinflusst den Volumenstrom?

Bei einem Hindernis im Kanal wird der Volumenstrom beeinflusst.

Darüber hinaus kann sich der Volumenstrom auch aufgrund von Temperatur - und Druckschwankungen in dem durch einen Kanal strömenden Fluid ändern, insbesondere wenn es sich um ein Gas handelt, da das von einem Gas eingenommene Volumen variiert Temperatur und der Druck ist es bei.

Einfache Methode zur Messung des Volumenstroms

Eine sehr einfache Methode zur Messung des Volumenstroms besteht darin, eine Flüssigkeit für eine bestimmte Zeit in einen Messbehälter fließen zu lassen.

Diese Methode ist normalerweise nicht sehr praktisch, aber die Wahrheit ist, dass es sehr einfach und sehr anschaulich ist, die Bedeutung und Wichtigkeit des Wissens über den Fluss einer Flüssigkeit zu verstehen.

Auf diese Weise kann das Fluid innerhalb eines Messtanks für eine Zeitdauer fließen, das akkumulierte Volumen wird gemessen und das erhaltene Ergebnis wird durch die verstrichene Zeit dividiert.

Referenzen 

  1. Fluss (Fluid) (n. D.) In Wikipedia. Abgerufen am 15. April 2018 von es.wikipedia.org.
  2. Volumenstromrate (n. D.) In Wikipedia. Abgerufen am 15. April 2018 von en.wikipedia.org.
  3. Ingenieure Kante, LLC. "Fluidvolumenstromgleichung". Ingenieure Edge
  4. Mott, Robert (1996). "1"Mechanik der angewandten Flüssigkeiten (4. Auflage). Mexiko: Pearson-Ausbildung.
  5. Batchelor, G.K. (1967).Eine Einführung in die Fluiddynamik. Cambridge Universitätspresse.
  6. Landau, L.D. Lifshitz, E.M. (1987).Strömungsmechanik. Kurs für Theoretische Physik (2. Ausgabe). Pergamonpresse.