TILPUMA PLŪSMA: APRĒĶINS UN TO, KAS TO IETEKMĒ - FIZISKĀ - 2025

Plūsmas apjoms nosaka apjomu šķidruma plūst caur sadaļu caurule un nodrošina pasākumu ātrumu, ar kādu šķidruma ceļo ar to. Tāpēc tā mērīšana ir īpaši interesanta tādās dažādās jomās kā rūpniecība, medicīna, būvniecība un pētniecība, cita starpā.

Tomēr šķidruma (neatkarīgi no tā, vai tas ir šķidrums, gāze vai abu maisījums) ātruma mērīšana nav tik vienkārša, kā var izmērīt cieta ķermeņa pārvietošanās ātrumu. Tāpēc gadās, ka, lai zinātu šķidruma ātrumu, ir jāzina tā plūsma.

Šo un daudzus citus ar šķidrumiem saistītus jautājumus izskata fizikas nozare, kas pazīstama kā šķidruma mehānika. Plūsma tiek definēta kā tas, cik daudz šķidruma cauruļvada sekcija iet caur cauruļvadu, naftas cauruļvadu, upi, kanālu, asinsvadu utt., Ņemot vērā laika vienību.

Parasti tiek aprēķināts tilpums, kas iet caur noteiktu laukumu laika vienībā, ko sauc arī par tilpuma plūsmu. Tiek definēta arī masa vai masas plūsma, kas noteiktā laikā šķērso noteiktu apgabalu, kaut arī to izmanto retāk nekā tilpuma plūsmu.

Aprēķins

Tilpuma plūsmu attēlo ar burtu Q. Gadījumos, kad plūsma pārvietojas perpendikulāri vadītāja sekcijai, to nosaka ar šādu formulu:

Q = A = V / t

Šajā formulā A ir vadītāja sekcija (tas ir šķidruma vidējais ātrums), V ir tilpums un t ir laiks. Tā kā starptautiskajā sistēmā vadītāja laukumu vai sekciju mēra m ² un ātrumu m / s, plūsmu mēra m ³ / s.

Gadījumos, kad šķidruma pārvietošanas ātrums rada leņķi θ ar virzienu, kas ir perpendikulārs virsmas sekcijai A, izteiksme plūsmas ātruma noteikšanai ir šāda:

Q = A cos θ

Tas atbilst iepriekšējam vienādojumam, jo, ja plūsma ir perpendikulāra laukumam A, θ = 0 un, attiecīgi, cos θ = 1.

Iepriekš minētie vienādojumi ir patiesi tikai tad, ja šķidruma ātrums ir vienmērīgs un ja sekcijas laukums ir līdzens. Pretējā gadījumā tilpuma plūsmu aprēķina, izmantojot šādu integrālu:

Q = v _s vd S

Šajā integrālā dS ir virsmas vektors, ko nosaka ar šādu izteiksmi:

dS = n dS

Tur n ir vienības vektors, kas ir normāls kanāla virsmai, un dS ir virsmas diferenciālis.

Nepārtrauktības vienādojums

Nesaspiežamu šķidrumu īpašība ir tāda, ka šķidruma masu saglabā ar divām sekcijām. Šī iemesla dēļ tiek apmierināts nepārtrauktības vienādojums, kas izveido šādas attiecības:

ρ ₁ A ₁ V ₁ = ρ ₂ A ₂ V ₂

Šajā vienādojumā ρ ir šķidruma blīvums.

Pastāvīgas plūsmas režīmu gadījumos, kad blīvums ir nemainīgs, un tāpēc ir pārliecināts, ka ρ ₁ = ρ ₂ , tas tiek samazināts līdz šādai izteiksmei:

A ₁ V ₁ = A ₂ V ₂

Tas ir līdzvērtīgi apgalvojumam, ka plūsma tiek saglabāta, un tāpēc:

Q ₁ = Q ₂ .

No iepriekšminētā novērojuma izriet, ka šķidrumi paātrinās, sasniedzot šaurāku cauruļvada sadaļu, savukārt tie palēninās, sasniedzot plašāku cauruļvada sadaļu. Šim faktam ir interesanti praktiski pielietojumi, jo tas ļauj spēlēt ar šķidruma kustības ātrumu.

Bernulli princips

Bernulli princips nosaka, ka ideālam šķidrumam (tas ir, šķidrumam, kam nav ne viskozitātes, ne berzes), kas cirkulē caur slēgtu vadu, ir taisnība, ka tā enerģija paliek nemainīga visā tās pārvietojumā.

Galu galā Bernulli princips ir nekas cits kā Enerģijas saglabāšanas likuma formulējums šķidruma plūsmai. Tādējādi Bernulli vienādojumu var formulēt šādi:

h + v ² / 2g + P / ρg = konstante

Šajā vienādojumā h ir augstums un g ir gravitācijas izraisīts paātrinājums.

Bernelu vienādojumā tiek ņemta vērā šķidruma enerģija jebkurā brīdī - enerģija, kas sastāv no trim komponentiem.

- Kinētiska sastāvdaļa, kas ietver enerģiju šķidruma kustības ātruma dēļ.

- Komponents, ko rada gravitācijas potenciāls šķidruma augstuma rezultātā.

- Plūsmas enerģijas sastāvdaļa, kas ir enerģija, kas šķidrumam piemīt spiediena dēļ.

Šajā gadījumā Bernulli vienādojumu izsaka šādi:

h ρ g + (v ² ρ) / 2 + P = konstante

Loģiski, ka reāla šķidruma gadījumā Bernoulli vienādojuma izteiksme nav izpildīta, jo šķidruma pārvietošanā rodas berzes zudumi un ir jāizmanto sarežģītāks vienādojums.

Kas ietekmē tilpuma plūsmu?

Ja kanālā ir aizsprostojums, tas ietekmēs tilpuma plūsmu.

Turklāt tilpuma plūsmas ātrums var mainīties arī temperatūras un spiediena svārstību dēļ reālajā šķidrumā, kas pārvietojas caur vadu, it īpaši, ja tā ir gāze, jo tilpums, ko gāze aizņem, mainās atkarībā no temperatūra un spiediens, pie kā tas ir.

Vienkārša tilpuma plūsmas mērīšanas metode

Patiešām vienkārša tilpuma plūsmas mērīšanas metode ir ļaut šķidrumam noteiktā laika posmā ieplūst dozēšanas tvertnē.

Šī metode parasti nav ļoti praktiska, taču patiesība ir ļoti vienkārša un ļoti ilustratīva, lai saprastu šķidruma plūsmas ātruma zināšanas nozīmi un nozīmi.

Šādā veidā šķidrumam kādu laiku ļauj ieplūst dozēšanas tvertnē, izmēra uzkrāto tilpumu un iegūto rezultātu dala ar pagājušo laiku.

Atsauces

1. Plūsma (šķidrums) (nd). Vietnē Wikipedia. Iegūts 2018. gada 15. aprīlī no es.wikipedia.org.
2. Tilpuma plūsmas ātrums (nd). Vietnē Wikipedia. Iegūts 2018. gada 15. aprīlī no vietnes en.wikipedia.org.
3. Inženieri Edge, LLC. "Šķidruma tilpuma plūsmas ātruma vienādojums". Inženieri Edge
4. Motts, Roberts (1996). "viens". Lietišķā šķidruma mehānika (4. izdevums). Meksika: Pīrsona izglītība.
5. Batchelor, GK (1967). Ievads šķidruma dinamikā. Cambridge University Press.
6. Landau, LD; Lifšics, EM (1987). Šķidruma mehānika. Teorētiskās fizikas kurss (2. red.). Pergamon Press.