معدل التدفق الكتلي إلى السرعة: كيفية البحث ، أمثلة على المشكلات


سنناقش في هذه المقالة علاقة معدل التدفق الكتلي بالسرعة.

يعد مفهوم قياس معدل التدفق (معدل التدفق الشامل ومعدل التدفق الحجمي) في الصناعة أمرًا ضروريًا للغاية لتشغيل العملية بدقة وفعالية من حيث التكلفة. تشير السرعة إلى مدى سرعة تحرك المائع مسافة لكل وحدة زمنية.

عندما نحسب معدل تدفق مائع يتدفق عبر خط الأنابيب ، تظهر بعض المصطلحات مثل معدل تدفق الكتلة ، ومعدل التدفق الحجمي ، ومعدل التدفق المولي ، والسرعة ، والكثافة ، والحجم ، ودرجة الحرارة ، والضغط وما إلى ذلك في الصورة.

معدلات التدفق وجميع الخصائص الفيزيائية المذكورة أعلاه مترابطة ويمكننا تحديد كمية واحدة من الأخرى باستخدام الصيغ المختلفة المرتبطة بها.

السرعة = المسافة المقطوعة / الوقت

تدفق الحجم المعدل ، Q = المنطقة × السرعة

معدل التدفق الشامل ، ṁ = الكثافة × المنطقة × السرعة

قياس التدفق في خطوط الأنابيب للصناعات ؛ حقوق الصورة:ويكيبيديا

معدل التدفق الشامل

معدل التدفق الشامل هو قياس كتلة مائع يمر عبر ممر لكل وحدة زمنية.

يمكن التعبير عن معدل التدفق الشامل

ṁ = الكتلة / الوقت = م / ر

وحدة SI لمعدل التدفق الكتلي هي Kg / s ويشار إليها بالرمز ṁ.

معدل التدفق الشامل إلى السرعة
معدل التدفق الشامل حقوق الصورة: ويكيبيديا.

قياس دقيق لـ معدل التدفق الشامل ضروري في صناعة ما للتحكم في العمليات المختلفة بسلاسة. تعتمد كفاءة المعدات وجودة المنتج أيضًا على معدل التدفق الكتلي للسائل.

لا يتم إنشاء الكتلة أو تدميرها ولا يتأثر معدل تدفق الكتلة بتغير درجة الحرارة والضغط أثناء العملية ، لذا في حالة القياس الدقيق ، يُنصح دائمًا بقياس تدفق الكتلة.

علاقة معدل التدفق الكتلي بالسرعة

يعد قياس معدل التدفق للسوائل المختلفة جانبًا مهمًا من صناعات خطوط الأنابيب.

السرعة هي قياس مدى سرعة تحرك المائع لكل وحدة زمنية. يرتبط معدل التدفق الكتلي بكمية السوائل التي تمر عبر ممر لكل وحدة زمنية.

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 المعادلة (1) ، ṁ = 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 بمعدل التدفق الجماعي و التدفق الحجمي معدل السائل. 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 للممر والشريط (v) هو متوسط ​​سرعة السائل.

 لذلك يصبح (4) Eq ، 

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

كيفية حساب معدل التدفق الكتلي من السرعة؟

ترتبط معدلات التدفق والسرعة والضغط والكثافة ببعضها البعض.

إذا علمنا السرعة (v) للتدفق عبر أنبوب منطقة المقطع العرضي (A) ، فيمكننا حساب معدل التدفق الحجمي من السائل باستخدام الصيغة التالية ،

حيث Q = معدل تدفق الحجم

أ = مساحة المقطع العرضي للأنبوب

= متوسط ​​سرعة السائل

الآن معدل التدفق الشامل هو الكثافة ρ مضروبة في معدل التدفق الحجمي

ṁ = ρ. س أو ،

وفقًا لقانون حفظ الكتلة ، في حالة مرور سائل غير قابل للضغط عبر قناة من منطقة مقطعية غير موحدة ، فإن الكتلة معدل التدفق ثابت .

يتدفق عبر أنبوب بمقطع عرضي مختلف

في الشكل أعلاه ، يمكننا أن نلاحظ أنبوبًا به منطقة مقطعية مختلفة A1 و A2 (حيث A1> A2) يتدفق من خلالها الماء (غير قابل للضغط بطبيعته).

على الرغم من أن قطر الأنبوب ليس متماثلًا ، نظرًا للاستمرارية ، فإن نفس كمية الماء التي تمر عبر النقطتين 1 و 2. تكون سرعة السائل أقل في المنطقة الأوسع من الممر من السرعة في المنطقة الضيقة للاحتفاظ بها ثابت التدفق. 

عند النقطتين 1 و 2 ،

Q_ {1} = Q_ {2} أو ،

هذه هي معادلة الاستمرارية الشهيرة المطبقة على السوائل غير القابلة للضغط.

الفرق بين معدل التدفق الكتلي والسرعة

الفرق بين معدل التدفق الكتلي والسرعة كالتالي:

معدل التدفق الشاملسرعة
معدل التدفق الحجمي () هي مقدار كتلة (م) السائل الذي يتدفق عبر منطقة المقطع العرضي (أ) لكل وحدة زمنية (تي).سرعة شريط (ت) من السائل تعرف بأنها المسافة (د) التي يقطعها السائل خلال فترة زمنية (t).
رياضيا ، ṁ = م / ررياضيا ، شريط (ت) = د / ر  
الوحدات: كجم / ثانية (وحدة النظام الدولي) ، جم / ث (وحدة CGS)الوحدات: م / ث (وحدة SI) ، سم / ث (وحدة CGS)

 1 المشكلة: سائل بكثافة 650 كجم / م3 يتدفق عبر مجرى من مساحة المقطع العرضي الداخلي 25 سم2 بسرعة 30 م / ث. أوجد معدل تدفق كتلة السائل.

حل: هنا ، الكثافة ، ρ = 650 كجم / م3

مساحة المقطع العرضي ، أ = 25 سم2= 0.25 م2

السرعة ، v = 30m / s

صيغة حساب معدل التدفق الكتلي ṁ = ρVA

\ النقطة {م} = 650 × 30 × 0.25 م = 8400 كجم / ثانية

يوفر معدل التدفق الشامل م للبيانات المذكورة أعلاه هو 4875 كجم / ثانية

المشكلة 2: و معدل التدفق الشامل لسائل يتدفق عبر أنبوب دائري 3600 كجم / ثانية ، وسرعة التدفق 25 م / ث ومساحة المقطع العرضي للأنبوب 10 سم2. احسب كثافة السائل داخل الأنبوب.

حل:

من البيانات المقدمة ،

\ النقطة {m} = 3600 كجم / ثانية ،

السرعة ، v = 25 م / ث و

مساحة المقطع العرضي أ = 10 سم2 = 0.10m2

لتحديد كثافة السائل من القيم المذكورة أعلاه ، يمكننا استخدام الصيغة ،

الكثافة ρ = م / فا

ρ = 3600 / (25 * 0.10) = 3600 / 2.5

ρ = 1440 كجم / م3

تبلغ كثافة السائل ρ المار عبر الأنبوب 1440 كجم / م3

الأسئلة المتداولة (FAQs)

س 1: اكتب الفروق بين معدل التدفق الشامل ومعدل التدفق الحجمي.

الجواب: الفروق بين معدل التدفق الشامل والحجم معدل التدفق مذكور أدناه:

معدل التدفق الشاملمعدل تدفق الحجم
الكتلة الفعلية للسائل الذي ينتقل عبر أداة قياس لكل وحدة زمنيةحجم السائل الذي يمر عبر أداة قياس لكل وحدة زمنية.
يفضل في حالة الدقة العالية مع تصنيف ضغط مرتفعيفضل بشكل عام عندما لا تكون الدقة العالية ضرورية.
لا يوجد تغيير في معدل التدفق الشامل مع تغير الضغط ودرجة الحرارة.تغييرات في معدل التدفق يحدث مع الضغط وتغيرت درجة الحرارة.
صيغة ل معدل التدفق الشامل ، ṁ = الكثافة × مساحة المقطع العرضي × السرعة  معادلة معدل تدفق الحجم ، Q = مساحة المقطع العرضي x Av. ● السرعة
يقاس التدفق الكتلي بالكيلوغرام / ثانيةيقاس معدل التدفق الحجمي باللتر / الثانية أو المتر المكعب / الثانية.
معدل تدفق السائل

لمعرفة المزيد عن معدل التدفق الشامل (انقر هنا)

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