Volumetrik Akış: Hesaplama ve Etkileyenler
Hacimsel akış, borunun bir bölümünü geçen sıvının hacmini belirlemeye izin verir ve sıvının içinden geçtiği hızın bir ölçüsünü sunar. Bu nedenle ölçümü özellikle sanayi, tıp, inşaat ve araştırma gibi çeşitli alanlarda ilginçtir.
Bununla birlikte, bir sıvının hızını ölçmek (bir sıvı, bir gaz ya da her ikisinin bir karışımı olabilir) katı bir cismin hareket hızını ölçmek kadar basit değildir. Bu nedenle, bir akışkanın hızını bilmek, akışını bilmek için gerekli olduğu anlamına gelir.
Bu ve akışkanlarla ilgili diğer birçok husus, akışkan mekaniği olarak bilinen fizik dalı tarafından ele alınmaktadır. Akış, bir kanalın bir bölümünden ne kadar sıvının geçtiği, bir boru hattı, bir petrol boru hattı, bir nehir, bir kanal, bir kan kanalı, vb. Gibi geçici bir ünite dikkate alınarak tanımlanır.
Genellikle belirli bir bölgeyi geçen hacim, hacimsel akış olarak da adlandırılan bir zaman biriminde hesaplanır. Belirli bir zamanda belirli bir bölgeden geçen kütle veya kütle akışı da, hacimsel akıştan daha az kullanılmasına rağmen tanımlanır.
hesaplama
Hacimsel akış Q harfi ile temsil edilir. Akışın iletken kısmına dik olarak hareket ettiği durumlarda, aşağıdaki formülle belirlenir:
Q = A = V / t
Adı geçen A formülünde iletkenin kesiti (sıvının sahip olduğu ortalama hızdır), V hacim ve zamandır. Uluslararası sistemde iletkenin alanı veya kesiti m2 cinsinden ve hızı m / s cinsinden ölçüldüğü için, akış m3 / sn cinsinden ölçülür.
Sıvının yer değiştirmesinin hızının, A yüzeyine dik yönde, angle açısı oluşturduğu durumlarda, akışını belirleme ifadesi aşağıdaki gibidir:
Q = A cos θ
Bu, önceki denklem ile tutarlıdır, çünkü akış A alanına dik olduğunda, θ = 0 ve sonuç olarak cos θ = 1 olur.
Yukarıdaki denklemler sadece akışkanın hızı eşit olduğunda ve bölümün alanı düz ise geçerlidir. Aksi takdirde, hacimsel akış aşağıdaki integral üzerinden hesaplanır:
Q = v s vd S
Bu integralde dS, aşağıdaki ifade ile belirlenen yüzey vektörüdür:
dS = n dS
Burada n, kanal yüzeyine normal bir birim vektördür ve dS, bir yüzey diferansiyel elemanıdır.
Süreklilik denklemi
Sıkıştırılamaz akışkanların bir özelliği, akışkanın kütlesinin iki bölüm vasıtasıyla korunmasıdır. Bu nedenle, aşağıdaki ilişkiyi oluşturan süreklilik denklemi yerine getirilir:
ρ 1 A 1 V 1 = ρ 2 A 2 V 2
Bu denklemde ρ sıvının yoğunluğudur.
Yoğunluğun sabit olduğu ve bu nedenle ρ 1 = ρ 2 olduğu durumlarda, sürekli akıştaki rejimler için aşağıdaki ifadeye indirgenmiştir:
A 1 V 1 = A 2 V 2
Bu, akışın korunduğunu onaylamakla eşdeğerdir ve bu nedenle:
Q 1 = Q 2 .
Yukarıdakilerin gözleminden, bir borunun daha dar bir bölümüne ulaştığında akışkanların hızlandırıldığı, bir borunun daha geniş bir bölümüne ulaştığı zaman hızlarını azalttığı tespit edilir. Bu gerçek ilginç pratik uygulamalara sahiptir, çünkü sıvının yer değiştirme hızı ile oynamasına izin verir.
Bernoulli prensibi
Bernoulli'nin prensibi, kapalı bir kanal tarafından dolaşım rejiminde hareket eden ideal bir akışkan (yani ne viskozite ne de sürtünmeye sahip olan bir akışkan) belirler, enerjisinin tüm deplasman boyunca sabit kaldığı yerine getirilir.
Sonuçta, Bernoulli'nin ilkesi bir akışkanın akışında enerjinin korunumu yasasının formülasyonundan başka bir şey değildir. Böylece, Bernoulli denklemi aşağıdaki gibi formüle edilebilir:
h + v2 / 2g + P / ρg = sabit
Bu denklemde h yükseklik ve g yerçekiminin ivmesidir.
Bernoulli denkleminde, bir akışkanın enerjisi herhangi bir zamanda, üç bileşenden oluşan enerji dikkate alınır.
- Sıvının hareket hızı nedeniyle enerjiyi içeren kinetik karakter bileşeni.
- Sıvının bulunduğu yüksekliğin bir sonucu olarak yerçekimi potansiyeli tarafından oluşturulan bir bileşen.
- Akış enerjisinin, bir akışkanın basınç nedeniyle borcu olduğu enerji bileşeni.
Bu durumda, Bernoulli denklemi aşağıdaki gibi ifade edilir:
h ρ g + (v2 ρ) / 2 + P = sabit
Mantıksal olarak, gerçek bir akışkan söz konusu olduğunda, Bernoulli denkleminin ifadesi yerine gelmez, çünkü akışkanın yer değiştirmesinde sürtünme kayıpları meydana gelir ve daha karmaşık bir denkleme başvurmak gerekir.
Hacimsel akışı ne etkiler?
Hacimsel akış, kanalda tıkanma olması durumunda etkilenecektir.
Ek olarak, hacimsel akış ayrıca bir kanaldan geçen gerçek akışkandaki sıcaklık ve basınçtaki değişimler nedeniyle de değişebilir, özellikle eğer bu bir gaz ise, bir gaz tarafından kullanılan hacim; sıcaklık ve basınç.
Hacimsel akışı ölçmek için basit bir yöntem
Hacimsel akışı ölçmek için gerçekten basit bir yöntem, bir sıvının belirli bir süre boyunca bir ölçüm tankına akmasını sağlamaktır.
Bu yöntem genellikle çok pratik değildir, ancak gerçek şu ki, bir akışkanın akışını bilmenin anlamını ve önemini anlamanın son derece basit ve çok açıklayıcı olduğudur.
Bu şekilde, sıvının bir süre boyunca bir ölçüm tankına akmasına izin verilir, biriken hacim ölçülür ve elde edilen sonuç geçen süreye bölünür.
