معدل التدفق الحجمي والكثافة: التأثير ، العلاقة ، أمثلة المشكلة


سنناقش في هذه المقالة العلاقة بين معدل التدفق الحجمي والكثافة.

في صناعة المعالجة ، يتم قياس معدل التدفق(كل من معدلات التدفق الكتلي والحجمي) للسائل مهم جدًا. إذا عرفنا كثافة سائل معين ، فيمكننا تحويل معدل التدفق الحجمي إلى معدل التدفق الشامل لخط أنابيب معين والعكس صحيح.

في بعض الحالات ، من الأفضل قياس معدل التدفق الحجمي بالمقارنة مع معدل التدفق الكتلي لأن أجهزة قياس التدفق الحجمي أقل تكلفة من أجهزة قياس التدفق الكتلي.

ولكن إذا عرفنا كثافة السائل ، يمكننا بسهولة تحويل معدل تدفق الحجم المقاس من حيث معدل تدفق الكتلة وفقًا للمتطلبات.

 معدل التدفق الحجمي هو قياس كمية أي سائل يمر عبر أداة قياس التدفق لكل وحدة زمنية. الوحدات هي لتر / دقيقة ، سنتيمترات مكعبة في الدقيقة إلخ. يُرمز إليها ب Q أو [لاتكس] \ بار {V} [/ لاتكس].

الكثافة هي الخاصية المادية للمادة التي تشير إلى الكتلة الموجودة في وحدة الحجم. الوحدات هي كيلوجرام / متر مكعب ، جرام / متر مكعب ، إلخ. يرمز لها بالرمز ρ.

 معدل تدفق الحجم وعلاقة الكثافة

الكثافة ، ρ = الكتلة / الحجم = م / الخامس

معدل التدفق الحجمي ، Q = V / t

معدل تدفق الحجم والكثافة
معدل تدفق الحجم

أين،

س = معدل تدفق الحجم م 3 / ثانية أو لتر / ثانية.

V = حجم السائل باللتر أو المتر المكعب

= متوسط ​​سرعة التدفق م / ث

(يتم أخذ متوسط ​​القيمة في الاعتبار لأن سرعة السائل عند كل جزء تختلف)

أ = مساحة المقطع العرضي التي يشغلها المائع المتحرك م2.

بالتالي،

Q = مساحة المقطع العرضي x متوسط ​​السرعة = [اللاتكس] A \ bar {v} [/ latex]

معدل التدفق الشامل اعطي من قبل

ṁ = الكتلة / الوقت = م / ر

نعلم أن الكتلة = الكثافة × الحجم

م = ρ.V

ضرب كلا الجانبين في t (الوقت) ،

م / ر = ρ.V / t = ρ.Q

أو ṁ = ρ.Q

إذا ضربنا كثافة السائل ومعدل تدفق حجمه ، فسنحصل على معدل تدفق كتلة السائل. بكلمات بسيطة معدل التدفق الشامل هي الكثافة مضروبة في معدل تدفق حجمها.

كيف تحسب الكثافة من معدل التدفق الحجمي؟

الكثافة هي إحدى الخصائص المادية الهامة ولها تأثير على معدلات التدفق.

تختلف الكثافة حسب نوع السوائل والظروف الجوية. على سبيل المثال ، كثافة الماء البارد والساخن الماء مختلف. على الرغم من أن الزيت والماء كلاهما سائل ، إلا أن لهما فرقًا كبيرًا في الكثافة.

يتم إعطاء معدل التدفق الحجمي بواسطة

Q = V / t Eq (1)

حيث V = الحجم

ر = الوقت

الحجم ، V = الكتلة / الكثافة

أو V = م / ρ

استبدال قيمة V في مكافئ (1)

س = م / ρ. ر

ρ = م / س. تي مكافئ (2)

ρ = معدل التدفق الكتلي / معدل التدفق الحجمي         

الكثافة ومعدل التدفق

معدل التدفق لخط العملية هو المعدل الذي يمر به السائل.

يتم التعبير عن معدل التدفق بشكل عام من حيث معدل التدفق الشامل (كجم / دقيقة) ومعدل التدفق الحجمي (لتر / دقيقة). الكثافة هي نسبة الكتلة إلى الحجم (كجم / م3).

معدل التدفق الشامل حقوق الصورة: ويكيبيديا

العلاقة بين الكثافة ومعدل التدفق معطاة على النحو التالي:

الكثافة ، ρ = معدل التدفق الكتلي / معدل التدفق الحجمي

الكثافة (ρ) هي الكتلة لكل وحدة حجم للمادة. يعني السائل ذو الكثافة العالية عددًا أكبر من الجزيئات لكل وحدة حجم مما يعني المزيد من اللزوجة أو الأثقل والمطلوب المزيد من الطاقة لتحريك المائع مما ينتج عنه سرعة منخفضة.

تختلف الكثافة بشكل مباشر مع الضغط وعكسًا مع درجة الحرارة. نظرًا لأن السوائل غير قابلة للضغط بشكل عام بطبيعتها ، فلا يوجد تأثير للضغط على قياس كثافة السائل. فقط التغيير في درجة الحرارة يجب أن يؤخذ في الاعتبار.

الغازات قابلة للضغط بطبيعتها وتتغير كثافة الغازات بتغير درجة الحرارة والضغط.

مطلوب دائمًا التحكم في العمليات في صناعة ما والحصول على أقصى ناتج من قيمة عملية محددة لمعدل تدفق السوائل.

الكثافة هي إحدى الخصائص الفيزيائية لمادة تتأثر بتغير درجة الحرارة. مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد الطاقة الحركية لجزيئات المادة أيضًا مما يؤدي إلى تغيير في كثافة المادة.

قياس التدفق؛ حقوق الصورة: ويكيبيديا

تُستخدم أجهزة قياس التدفق المختلفة في الصناعة للحصول على قياسات دقيقة ، وللحصول على فكرة عن معدل تدفق مائع ، يجب أن يكون لدينا أيضًا معرفة بكثافة السوائل.

تختلف كثافة المائع باختلاف درجة الحرارة ، والآن في العملية الصناعية إذا تغيرت درجة الحرارة ، يؤدي ذلك إلى انخفاض كثافة السائل ، مما يؤدي إلى زيادة الحجم. وبالمثل ، عندما تنخفض درجة الحرارة ، ينخفض ​​التدفق الحجمي بسبب ارتفاع كثافة السوائل.

هذا الاختلاف في التدفق الحجمي بسبب التباين في درجة الحرارة يؤدي إلى محاسبة غير دقيقة وتوازن كتلة للعملية. لمواجهة نفس العمليات الصناعية ، عادة ما يتم تنفيذ إجراء يسمى تعويض درجة حرارة التدفق.

في حالة السوائل القابلة للانضغاط (الغازات) ، يلعب ضغط درجة الحرارة أيضًا تأثيرًا كبيرًا على كثافة السائل. ومن ثم بالنسبة للغازات ، يأخذ التدفق التعويضي في الاعتبار تغير الكثافة مع كل من درجة الحرارة والضغط.

PV = nRT Eq (1)

حيث ، ن = م / مw

ρ = م / ف

من المعادلة 1 ،

ρ = مw/ RT Eq (2)

  • P = الضغط
  • T = درجة الحرارة
  • V = الحجم
  • Mw = الوزن الجزيئي
  • ن = عدد الشامات
  • R = ثابت الغاز
  • ρ = كثافة البخار أو الغاز

اعتمادًا على الظروف المختلفة ، سنحصل على مخرجات مختلفة للتصميم والمواقف الحقيقية.

باستخدام ρلابيلا ريالو ρتصميم الصيغ ، يمكننا اشتقاق صيغة الكثافة الحقيقية للعملية مع مراعاة تعويض الضغط ودرجة الحرارة.

قياس التدفق؛ حقوق الصورة: ويكيبيديا

كيف تؤثر الكثافة على معدل التدفق الحجمي؟

تُعرف نسبة حجم المادة وكتلتها بالكثافة ρ.

عندما نطبق الحرارة على سائل أو غاز ، تزداد الطاقة الحركية للجزيئات بسبب أنها تغطي مساحة أكبر مما يؤدي إلى زيادة الحجم. هذا يعني أن الكثافة تتناسب عكسياً مع درجة الحرارة.

 من ناحية أخرى ، إذا تم تطبيق ضغط على الجسم ، فإنه يتم ضغطه مما يؤدي إلى انخفاض حجم وكثافة أعلى.

لمعرفة المزيد عن معدل التدفق (اضغط هنا)

Example1: كثافة السائل سائل يتدفق عبر أنبوب نصف قطره الداخلي 6 سم بسرعة 12 م / ث وكثافة 940 كجم / م3. تحديد معدل التدفق الكتلي للتدفق.

حل:

هنا السرعة ، v = 12m / s ، نصف قطر الأنبوب ، r = 6 cm ، كثافة السائل ، ρ = 940 kg / m3=

 مساحة الأنبوب = π. ص2= π. 62 cm2= 113.04 سم2= 0.011304 م2

معدل تدفق الحجم = Q = v. A = 12. 0.011304 = 0.1356 م3/s

معدل التدفق الشامل ، ṁ = Q. ρ = 0.1356 م3/س . 940 كجم / م3= 127.50 كجم / ثانية.

Example2: تحديد سرعة تدفق المياه عبر أنبوب دائري. هنا نصف القطر الداخلي للأنبوب هو 2 سم ومعدل التدفق إذا كان الماء 0. 056m3 / s. ضع في اعتبارك أن كثافة الماء ρ = 998 كجم / م 3.

حل:

هنا نصف قطر الأنبوب ، r = 2 سم ، معدل التدفق، س = 0.056 م 3 / ث ، الكثافة ، ρ = 998 كجم / م3

مساحة الأنبوب = π. ص2 = π. 22 cm2= 12.56 سم2= 0.00125 م2

معدل التدفق الشامل، ṁ = س. ρ = 0.056 م3/س . 998 كجم / م3= 55.88 كجم / ثانية

السرعة = ṁ / .A = 79.3 م / ث

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