การไหลของปริมาตร: การคำนวณและสิ่งที่มีผลต่อมัน - กายภาพ - 2026

การไหลของปริมาตรจะกำหนดปริมาตรของของเหลวที่ไหลผ่านส่วนหนึ่งของท่อร้อยสายและให้การวัดความเร็วที่ของไหลเคลื่อนที่ไปด้วย ดังนั้นการวัดผลจึงน่าสนใจอย่างยิ่งในด้านต่างๆเช่นอุตสาหกรรมการแพทย์การก่อสร้างและการวิจัยเป็นต้น

อย่างไรก็ตามการวัดความเร็วของของเหลว (ไม่ว่าจะเป็นของเหลวก๊าซหรือส่วนผสมของทั้งสองอย่าง) นั้นไม่ง่ายเหมือนกับการวัดความเร็วของการเคลื่อนที่ของร่างกายที่เป็นของแข็งสามารถทำได้ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องที่ต้องรู้ความเร็วของของเหลวจึงจำเป็นต้องรู้การไหลของมัน

สาขาฟิสิกส์ที่เรียกว่ากลศาสตร์ของไหลเกี่ยวข้องกับคำถามนี้และคำถามอื่น ๆ อีกมากมายที่เกี่ยวข้องกับของเหลว การไหลหมายถึงปริมาณของของไหลที่ท่อร้อยสายไหลผ่านไม่ว่าจะเป็นท่อท่อส่งน้ำมันแม่น้ำลำคลองท่อระบายเลือด ฯลฯ โดยคำนึงถึงหน่วยเวลา

โดยปกติจะมีการคำนวณปริมาตรที่ไหลผ่านพื้นที่ที่กำหนดในหน่วยเวลาหรือที่เรียกว่าการไหลเชิงปริมาตร การไหลของมวลหรือมวลที่ไหลผ่านพื้นที่ที่กำหนดในช่วงเวลาหนึ่งจะถูกกำหนดด้วยแม้ว่าจะใช้น้อยกว่าการไหลตามปริมาตรก็ตาม

การคำนวณ

อัตราการไหลเชิงปริมาตรแสดงด้วยตัวอักษร Q สำหรับกรณีที่การไหลเคลื่อนที่ในแนวตั้งฉากกับส่วนของตัวนำจะถูกกำหนดด้วยสูตรต่อไปนี้:

ถาม = A = V / t

ในสูตรนี้ A คือส่วนของตัวนำ (คือความเร็วเฉลี่ยของของไหล) V คือปริมาตรและ t คือเวลา เนื่องจากในระบบสากลพื้นที่หรือส่วนของตัวนำถูกวัดเป็น m ²และความเร็วเป็น m / s การไหลจะวัดเป็น m ³ / s

สำหรับกรณีที่ความเร็วของการกระจัดของไหลสร้างมุมθโดยมีทิศทางตั้งฉากกับส่วนพื้นผิว A นิพจน์เพื่อกำหนดอัตราการไหลมีดังต่อไปนี้:

Q = A cos θ

สิ่งนี้สอดคล้องกับสมการก่อนหน้าเนื่องจากเมื่อการไหลตั้งฉากกับพื้นที่ A, θ = 0 และดังนั้น cos θ = 1

สมการข้างต้นจะเป็นจริงก็ต่อเมื่อความเร็วของของไหลสม่ำเสมอและถ้าพื้นที่ของส่วนแบน มิฉะนั้นการไหลของปริมาตรจะคำนวณจากอินทิกรัลต่อไปนี้:

Q = ∫∫ _s vd S

ในอินทิกรัล dS นี้คือเวกเตอร์พื้นผิวซึ่งกำหนดโดยนิพจน์ต่อไปนี้:

dS = n dS

ที่นั่น n คือเวกเตอร์หน่วยปกติของผิวท่อและ dS เป็นองค์ประกอบที่แตกต่างของพื้นผิว

สมการความต่อเนื่อง

ลักษณะเฉพาะของของเหลวที่บีบอัดไม่ได้คือมวลของของเหลวจะถูกสงวนไว้โดยใช้สองส่วน ด้วยเหตุนี้สมการความต่อเนื่องจึงเป็นที่พอใจซึ่งสร้างความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

ρ ₁ A ₁ V ₁ = ρ ₂ A ₂ V ₂

ในสมการนี้ρคือความหนาแน่นของของเหลว

สำหรับกรณีของระบอบการปกครองในฟลักซ์ถาวรซึ่งความหนาแน่นคงที่ดังนั้นจึงเป็นที่พอใจที่ρ ₁ = ρ ₂จะลดลงเป็นนิพจน์ต่อไปนี้:

A ₁ V ₁ = A ₂ V ₂

สิ่งนี้เทียบเท่ากับการยืนยันว่าการไหลได้รับการอนุรักษ์ดังนั้น:

Q ₁ = Q ₂ .

จากการสังเกตข้างต้นเป็นไปตามที่ของเหลวจะเร่งความเร็วเมื่อไปถึงส่วนที่แคบกว่าของท่อร้อยสายในขณะที่พวกมันจะช้าลงเมื่อไปถึงส่วนที่กว้างขึ้นของท่อร้อยสาย ข้อเท็จจริงนี้มีการใช้งานจริงที่น่าสนใจเนื่องจากช่วยให้เล่นด้วยความเร็วในการเคลื่อนที่ของของเหลว

หลักการของ Bernoulli

หลักการของ Bernoulli กำหนดว่าสำหรับของเหลวในอุดมคติ (นั่นคือของเหลวที่ไม่มีความหนืดหรือแรงเสียดทาน) ที่เคลื่อนที่ในการไหลเวียนผ่านท่อปิดพลังงานของมันจะคงที่ตลอดการกระจัด

ในที่สุดหลักการของ Bernoulli ก็ไม่มีอะไรมากไปกว่าการกำหนดกฎการอนุรักษ์พลังงานสำหรับการไหลของของไหล ดังนั้นสมการ Bernoulli สามารถกำหนดได้ดังนี้:

h + v ² / 2g + P / ρg = ค่าคงที่

ในสมการนี้ h คือความสูงและ g คือความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง

สมการเบอร์นูลลีคำนึงถึงพลังงานของของไหลในขณะใด ๆ พลังงานที่ประกอบด้วยสามองค์ประกอบ

- ส่วนประกอบทางจลศาสตร์ที่มีพลังงานเนื่องจากความเร็วที่ของเหลวเคลื่อนที่

- ส่วนประกอบที่สร้างขึ้นโดยศักย์โน้มถ่วงอันเป็นผลมาจากความสูงที่ของเหลวอยู่

- ส่วนประกอบของพลังงานการไหลซึ่งเป็นพลังงานที่ของเหลวมีอยู่เนื่องจากความดัน

ในกรณีนี้สมการของ Bernoulli จะแสดงดังนี้:

h ρ g + (v ² ρ) / 2 + P = ค่าคงที่

ในกรณีของของไหลจริงการแสดงออกของสมการ Bernoulli จะไม่เป็นจริงเนื่องจากการสูญเสียแรงเสียดทานเกิดขึ้นในการกระจัดของไหลและจำเป็นต้องใช้สมการที่ซับซ้อนมากขึ้น

อะไรมีผลต่อการไหลของปริมาตร?

การไหลของปริมาตรจะได้รับผลกระทบหากมีการอุดตันในท่อ

นอกจากนี้อัตราการไหลของปริมาตรยังสามารถเปลี่ยนแปลงได้เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความดันในของไหลจริงที่เคลื่อนที่ผ่านท่อโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าเป็นก๊าซเนื่องจากปริมาตรที่ก๊าซมีอยู่จะแตกต่างกันไปตามหน้าที่ของ อุณหภูมิและความดันที่เป็น

วิธีง่ายๆในการวัดการไหลของปริมาตร

วิธีง่ายๆในการวัดการไหลของปริมาตรคือการปล่อยให้ของไหลไหลเข้าไปในถังวัดแสงตามระยะเวลาที่กำหนด

โดยทั่วไปวิธีนี้ใช้ไม่ได้จริง แต่ความจริงก็คือมันง่ายมากและเป็นตัวอย่างมากที่จะเข้าใจความหมายและความสำคัญของการรู้อัตราการไหลของของเหลว

ด้วยวิธีนี้ของเหลวจะได้รับอนุญาตให้ไหลเข้าสู่ถังวัดแสงเป็นระยะเวลาหนึ่งปริมาตรสะสมจะถูกวัดและผลลัพธ์ที่ได้จะถูกหารด้วยเวลาที่ผ่านไป

อ้างอิง

1. Flow (ของไหล) (nd). บน Wikipedia สืบค้นเมื่อวันที่ 15 เมษายน 2018 จาก es.wikipedia.org.
2. อัตราการไหลตามปริมาตร (nd) บน Wikipedia สืบค้นเมื่อวันที่ 15 เมษายน 2018 จาก en.wikipedia.org.
3. วิศวกร Edge, LLC. "สมการอัตราการไหลปริมาตรของของไหล". วิศวกร Edge
4. มอตต์โรเบิร์ต (2539) "หนึ่ง". กลศาสตร์ของไหลประยุกต์ (พิมพ์ครั้งที่ 4). เม็กซิโก: การศึกษาของเพียร์สัน.
5. แบตเชเลอร์ GK (2510) บทนำสู่พลวัตของไหล สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์
6. กุ๊บ, LD; Lifshitz, EM (1987). กลศาสตร์ของไหล รายวิชาฟิสิกส์เชิงทฤษฎี (2nd ed.). Pergamon กด