كيفية حساب معدل التدفق الشامل: من عدة كيانات ، أمثلة على المشكلة


"كيفية حساب معدل التدفق الشامل السائل بدقة؟ " هي إحدى الحقائق المهمة للتشغيل السلس لأي صناعة معالجة.

يمكن تعريف معدل التدفق الشامل على أنه كمية السائل المتدفق عبر منطقة مقطعية للقناة لكل وحدة زمنية. يتم الإشارة إليه بواسطة ṁ.

معدل التدفق الشامل يمكن التعبير عنها على أنها ،

ṁ = الكتلة / الوقت = م / ر

وحدة SI لمعدل التدفق الشامل هي Kg / s.

بعض الوحدات الأخرى gm / s ، slugs / s

يعد القياس الدقيق لمعدل التدفق الشامل ضروريًا في الصناعة للتحكم في العمليات المختلفة بسلاسة. تعتمد كفاءة المعدات وجودة المنتج أيضًا على معدل التدفق الكتلي للسائل.

لا يتم إنشاء القداس ولا تدميره و معدل التدفق الشامل لا يتأثر بتغير درجة الحرارة والضغط أثناء العملية ، لذا في حالة القياس الدقيق ، يُنصح دائمًا بقياس تدفق الكتلة.

لنفترض أن السائل يدخل الأنبوب بسرعة 10 كجم / ثانية ، فإنه سيترك الأنبوب بالتأكيد بسرعة 10 كجم / ثانية مع الأخذ في الاعتبار عدم وجود تسرب في جميع أنحاء الأنبوب. الآن إذا قمت بتطبيق الحرارة على الأنبوب ، فإن معدل تدفق الحجم سوف تتغير بسبب التغير في درجة الحرارة.

كيفية حساب معدل التدفق الشامل
معدل التدفق الشامل


لمعرفة المزيد عن معدل التدفق الشامل (اضغط هنا)

كيفية حساب معدل التدفق الكتلي من معدل التدفق الحجمي؟

كلا من Mass Flow و معدل التدفق الحجمي هي كميات التدفق التي سيتم قياسها في الصناعات المختلفة.

معدل التدفق الكتلي هو قياس السائل من حيث الكتلة التي تتحرك خلال مقطع عرضي لفترة زمنية محددة. وبالمثل ، فإن معدل التدفق الحجمي هو قياس السائل من حيث الحجم المتدفق عبر مقطع عرضي لفترة زمنية معينة.

يمكن التعبير عن معدل التدفق الشامل على أنه ṁ = الكتلة / الوقت = m / t Eq1

ويمكن التعبير عن معدل تدفق الحجم على أنه Q = الحجم / الوقت = v / t Eq2

                                          من المعادل (1) ، الكتلة / الحجم × الحجم / الوقت Eq3

                                            الآن ، الكتلة / الحجم = كثافة السوائل ρ

                                            والحجم / الوقت = معدل التدفق الحجمي = Q

                        من المعادلة (3) ، ṁ = ρ.Q Eq4

المعادلة أعلاه تتعلق معدل التدفق الشامل ومعدل التدفق الحجمي من سائل. إذا عرفنا كثافة السائل والتفريغ عبر الأنبوب ، فيمكننا تحديد كمية السائل الذي يمر عبر الأنبوب بدلالة Kg / s ، أي معدل تدفق الكتلة للسائل.

XNUMX. من قائمة معادلة الاستمرارية ينطبق على السوائل غير القابلة للضغط يمكننا الكتابة ،

  هنا A هي مساحة المقطع العرضي للمرور و \ bar {v} هي السرعة المتوسطة للسائل. لذلك يصبح (4) Eq ،  

اي كيو (5)

من المعادلة (5) ، يتضح أن معدل تدفق الكتلة للسائل يتناسب طرديًا مع كثافة السائل ، سرعة السائل ومنطقة المقطع العرضي.

كيفية حساب معدل التدفق الجماعي من تدرج الضغط؟

بالنسبة لحركة السائل عبر مجرى الهواء ، يجب أن يكون هناك فرق ضغط بين طرفي القناة ، والذي يُطلق عليه اسم تدرج الضغط.

تعطي معادلة Hagen Poiseuille العلاقة بين هبوط الضغط ومعدل تدفق السائل عبر أنبوب أسطواني طويل. يتم تطبيق المعادلة على التدفق الصفحي لسائل غير قابل للضغط يتدفق عبر أنبوب من منطقة مقطعية ثابتة.

ينتج عن انخفاض الضغط العالي معدل تدفق أعلى للكتلة ويؤدي انخفاض تدرج الضغط إلى انخفاض معدل تدفق الكتلة.

يتم إعطاء صيغة قانون Poiseuille من خلال:

مكافئ 1

حيث Δp هو فرق الضغط بين طرفي الأنبوب

L هو طول الأنبوب ،

μ هو اللزوجة الديناميكية,

 هل معدل التدفق الحجمي,

R هو الأنبوب radius,

ا هو ال المقطع العرضي من الأنابيب.

الآن ، ṁ = ρ.Q أو Q = / ρ

استبدال قيمة Q في Eq (1) ، نحصل على

  اي كيو (2)

أين ، ρ = كثافة السائل

باستخدام المعادل (2) يمكننا الحساب معدل التدفق الشامل من الضغط الفرق.

كيف تحسب معدل التدفق الشامل للوقود في المحرك؟

يعد حساب معدل التدفق الشامل للوقود ضروريًا لمعرفة استهلاك الوقود للمحرك وأيضًا استهلاك الوقود المحدد للفرامل (BSFC) واستهلاك الوقود المحدد المشار إليه (ISFC).

يمكن حساب معدل التدفق الشامل للوقود المستخدم في المحرك باستخدام الصيغة التالية:

مكافئ 1

أين ، ṁf = معدل تدفق كتلة وقود المحرك

Vf = حجم الوقود المزود للمحرك

ρf= كثافة الوقود

t= الوقت اللازم لتدفق الوقود إلى المحرك في الثانية

للتعبير عن معدل التدفق الكتلي بالكيلو جرام / ساعة ،

   اي كيو (2)

باستخدام المعادلة أعلاه يمكننا حساب استهلاك الوقود بالكيلو جرام / ساعة.

باستخدام ṁf الآن يمكننا حساب BSFC و ISFC على النحو التالي:

BSFC = / BP kg / h / kW أو Kg / kWh

حيث BP = قوة الفرامل للمحرك.

ISFC = / IP Kg / kWh

حيث IP = قوة المحرك المشار إليها.

كيف تحسب معدل التدفق الشامل للهواء في المحرك؟

لحساب معدل التدفق الكتلي للهواء في المحرك ، يتعين علينا استخدام مقياس الفتحة لقياس معدل تدفق حجم الهواء وأنبوب مرن تمامًا مثل مقياس الضغط للحصول على رأس الضغط.

باستخدام الصيغة أدناه ، يمكننا حساب معدل التدفق الكتلي للهواء في المحرك:

كغ / ث مكافئ (1) أين ،

= معدل التدفق الحجمي للهواء من خلال عداد الفتحة في m3/s

   ρهواء = كثافة الهواء

= مساحة متر الفتحة

   سرعة الهواء = أ0.vهواء

هنا د0= قطر متر الفوهة ، Cd= كفاءة في التفريغ

ha = ارتفاع عمود الهواء (يعطي ضغط رأس الهواء)

يمكننا كتابة المعادلة (1) على النحو التالي ،

2

باستخدام المعادل (1) و (2) يمكننا تحديد استهلاك الهواء في المحرك.

كيف تحسب معدل التدفق الشامل للهواء الجاف؟

حساب معدل التدفق الشامل للهواء الجاف:

يتم إعطاء معدل التدفق الشامل بواسطة المعادلة

ṁ = ρ.Q

كثافة الهواء الجاف 1.225 كجم / م3,، تقريبًا ρ =1

كيف تحسب معدل التدفق الشامل للبخار؟

باستخدام الصيغة التالية يمكننا حساب معدل التدفق الجماعي للبخار

حيث د: القطر الداخلي للأنبوب بالمتر

ت: سرعة البخار م / ث

ṁ: معدل تدفق البخار بالكيلو جرام / ساعة

الخامس: الحجم المحدد بالمتر المكعب / كجم

كيف تحسب معدل التدفق الشامل لغاز العادم؟

لمعرفة معامل استهلاك الوقود ومعدل الانبعاث للمركبة قياس دقيق لكتلة غاز العادم معدل التدفق مطلوب.

لتحديد ال معدل التدفق الشامل غاز العادم للمحرك ، هناك حاجة إلى عوامل معينة مثل درجة حرارة غاز العادم وسرعة الحدافة والكفاءة الحجمية وحجم المحرك.

ينتج غاز العادم أثناء عملية الاحتراق التي تحدث داخل أسطوانة المحرك. بسبب احتراق الهواء والوقود ، يتم إنتاج المنتجات الغازية المختلفة مثل ثاني أكسيد الكربون والهيدروكربونات ومنتجات النيتروجين وثاني أكسيد الكبريت وما إلى ذلك وإطلاقها في الغلاف الجوي من خلال أنبوب ذيل السيارة.

يوفر معدل التدفق الشامل من غاز العادم ونسب المنتجات الغازية فيه تتغير حسب التغيرات في سرعة السيارة وظروف الطريق والتسارع وما إلى ذلك.

الكتلة الإجمالية غاز العادم للمحرك يمكن حسابها باستخدام الصيغة التالية:

ṁ العادم = a + ṁf  اي كيو (1)

أين،

ṁa = معدل تدفق الهواء الكتلي في أسطوانة المحرك

ṁf =معدل تدفق كتلة الوقود في اسطوانة المحرك

ṁf  = 1 + أ / و

ومن ثم من المعادلة (1) ،

A / F = نسبة وقود الهواء

ومن ثم من المعادلة (1) ، يمكننا أن نكتب ، ṁexhaust = ṁa + (1 + A / F) Eq (2)

كمية معينة من تسرب تحدث كتلة غاز العادم وهي تكاد لا تذكر.



كيف تحسب معدل التدفق الشامل للمبرد؟

يتم تحديد سعة التبريد لأي ضاغط من خلال كتلة مادة التبريد المتداولة لكل وحدة زمنية وبتأثير التبريد لكل وحدة كتلة متداولة.

لمعرفة سعة التبريد النظرية للضاغط ، علينا مضاعفة معدل تدفق الكتلة لمادة التبريد عن طريق تأثير التبريد لكل وحدة كتلة.

المكونات الرئيسية لدورة التبريد الأساسية هي: ضاغط ، مكثف ، صمام تمدد ومبخر.

الصورة الائتمان: ويكيبيديا

تتمثل وظيفة الضاغط في النظام في ضغط مادة التبريد ثم تدويرها حول النظام. مكثف ينقل الحرارة من المبرد والمبرد الغازي يتحول إلى شكل سائل داخل المكثف.

تتمثل وظيفة صمام التمدد في توسيع المبرد ويمتص المبخر الحرارة من المحيط ويعطي تأثير التبريد ، ويتحول المبرد مرة أخرى إلى شكل غازي بعد المرور عبر المبخر.

لتحديد معدل التدفق الكتلي لـ المبردات يجب أن نعرف الخصائص الديناميكية الحرارية (درجة الحرارة ، الضغط ، المحتوى الحراري ، إلخ) لمبرد خلال الدورة.

دورة التبريد الصورة الائتمان: ويكيميديا

عند نقطة 1 ، بين الضاغط والمبخر

عند النقطة 2 ، بعد مغادرة الضاغط

عند النقطة 3 بعد مغادرة الضاغط وقبل دخول صمام التمدد.

عند النقطة 4 ، قبل دخول المبخر

يتم إعطاء عمل الضاغط المنجز في KW بواسطة

c  = ṁ (ح2-h1اي كيو (1)

يوفر تبريد المبخر الحمل (سعة التبريد) بوحدة كيلوواط

سL = ṁ (ح1-h4) مكافئ (2)

يتم إعطاء رفض حرارة المكثف بوحدة Kw بواسطة

سكوند= ṁ (ح2-h3)     

باستخدام أي من المعادلات أعلاه يمكننا حساب معدل التدفق الكتلي لمبرد.

باستخدام مخطط PH يمكننا معرفة قيم h (المحتوى الحراري) بوحدة KJ / Kg لكل نقطة لمبرد معين. وحدة ṁ هي كجم / ثانية.

سانجيتا داس

أنا سانجيتا داس. لقد أكملت درجة الماجستير في الهندسة الميكانيكية مع التخصص في محرك IC والسيارات. لدي حوالي عشر سنوات من الخبرة في الصناعة والأوساط الأكاديمية. يشمل مجال اهتمامي محركات IC والديناميكا الهوائية وميكانيكا السوائل. يمكنك التواصل معي على https://www.linkedin.com/in/sangeeta-das-57233a203/

آخر المقالات