معدل التدفق الحجمي إلى السرعة: كيف تجد


علاقة معدل التدفق الحجمي يجب حساب السرعة بشكل صحيح لتصميم خط الأنابيب للصناعة.

معدل التدفق الحجمي هو حجم تدفق السائل عبر أنبوب أو مجرى أو قناة أو أي نوع آخر من الهياكل لكل وحدة زمنية. تشير السرعة إلى مدى سرعة تحرك السائل عبر ممر معين لكل وحدة زمنية.

معدل تدفق الحجم ، Q أو V = Av

حيث A = مساحة المقطع العرضي للقسم بالمتر2

و v = متوسط ​​سرعة السائل عبر القسم م / ث

 

وحدة معدل تدفق الحجم هو م3/ ث (متر مكعب / ثانية) ، م3/ ساعة (متر مكعب / ساعة) ، لتر / ثانية (لتر / ثانية) ، لتر / دقيقة (لتر / دقيقة) ، مل / ثانية (ملي لتر / ثانية) إلخ.

يتم تحديد الوحدة المناسبة حسب حجم معدل التدفق الحجمي. في حالة معدل التدفق الصغير جدًا (على سبيل المثال السائل داخل حقنة) ، يفضل مل / ث وللحجم الكبير جدًا معدل تدفق الحجم (على سبيل المثال تدفق المياه في النهر) ، يتم التعبير عنه بالمتر المكعب / ساعة.

سرعة التدفق ، v = s / t  

يتم الإشارة إلى السرعة بواسطة صغير v

حيث s = المسافة التي تغطيها جزيئات السوائل

و t = الفترة الزمنية

وحدة السرعة م / ث (متر / ثانية) ، كم / ساعة (كيلومتر / ساعة) إلخ.

هل معدل التدفق الحجمي هو نفسه السرعة؟

معدل تدفق الحجم والسرعة مرتبطان ببعضهما البعض ولكن إذا اعتبرنا كميات فيزيائية ، فهما مختلفان تمامًا عن بعضهما البعض.

بكلمات بسيطة سرعة يشير مقدار السائل إلى مدى سرعة تحرك المائع (غاز أو سائل) عبر ممر في فترة زمنية معينة. يعطينا معدل التدفق الحجمي كمية أو حجم تدفق السائل (الغاز أو السائل) عبر ممر خلال فترة زمنية.

سرعة السائل هي كمية متجهة بينما معدل التدفق الحجمي هو كمية قياسية لأنه مشتق زمني للحجم.

الفرق بين معدل التدفق الحجمي والسرعة

الفرق بين معدل التدفق الحجمي والسرعة كالتالي:

معدل التدفق الحجميسرعة
معدل التدفق الحجمي (Q) هو مقدار الحجم (V) من تدفق السائل عبر منطقة المقطع العرضي (A) لكل وحدة زمنية (t).● السرعة ([لاتكس] \ بار {v} [/ لاتكس] ) من المائع على أنها المسافة (د) التي يقطعها السائل خلال فترة زمنية (t).
رياضيا ، س = V / ررياضيا ، [لاتكس] \ بار {v} = \ فارك {د} {t} [/ لاتكس]  
الوحدات: m3/ ق (وحدة النظام الدولي) ، cm3/s (وحدة CGS)الوحدات: م / ث (وحدة SI) ، سم / ث (وحدة CGS)

علاقة معدل التدفق الحجمي بالسرعة

إذا لاحظنا معدل تدفق مجرى أو نهر ، إذا كانت سرعة الماء عالية ، فإن معدل التدفق الحجمي للنهر مرتفع أيضًا.

تعطينا المعادلة التالية العلاقة بين معدل التدفق الحجمي (Q) والسرعة (v).

س = أ. v

هنا A هي مساحة المقطع العرضي و v هي سرعة السائل.

بشكل عام ، نعتبر هنا متوسط ​​السرعة لأن سرعة التدفق لا تظل ثابتة طوال فترة زمنية معينة. بالتالي،  

  اي كيو (1)

من المعادلة (1) ، من الواضح أن معدل تدفق الحجم يتناسب طرديًا مع كل من متوسط ​​سرعة التدفق وحجم الممر (قد يكون أنبوبًا أو مجرى أو نهرًا).

كلما زاد قطر الأنبوب أو القناة ، زادت مساحة المقطع العرضي

يتدفق عبر أنبوب بمنطقة المقطع العرضي أ

في الشكل أعلاه يمكننا أن نرى أنبوبًا بمساحة المقطع العرضي A بوحدة m2 وسرعة أو سرعة السائل هي [لاتكس] \ بار {v} [/ لاتكس] (بار صغير) م / ث.

لمعرفة معدل التدفق أو التفريغ في تطبيق العملية ، يلزم إجراء قياسين: حجم السائل الذي يعبر الممر والوقت الذي يتطلبه هذا الحجم لعبور الممر.

معدل تدفق الحجم ، Q = الحجم / الوقت

الحجم (رأس المال الخامس) بالمتر المكعب م3 والوقت (t) في الثانية.

Q = V / t Eq (2)

في الشكل أعلاه ، يتم تمثيل الحجم (V) للسائل الذي يمر عبر النقطة (O) خلال فترة زمنية t بالجزء المظلل من cinduit بواسطة

الحجم ، V = إعلان

من المعادلة (2) Q = V / t = Ad / t

س = Ad / t Eq (3)

الآن متوسط ​​السرعة ، [اللاتكس] \ شريط {v} = المسافة المقطوعة / الوقت [/ اللاتكس]

وهكذا يصبح المعادلة (3)  

 معدل تدفق الحجم ، [اللاتكس] Q = A \ cdot \ bar {v} [/ latex]  

يتدفق عبر أنبوب بمقطع عرضي مختلف

في حالة تدفق سائل غير قابل للضغط (مثل الماء) عبر ممر به منطقة مقطعية مختلفة ، يظل معدل التدفق الحجمي للسائل ثابتًا. للحفاظ على معدل التدفق الثابت، تكون سرعة التدفق منخفضة في منطقة المقطع العرضي الأكبر للأنبوب وتصبح السرعة عالية في منطقة المقطع العرضي الأصغر.

في الشكل أعلاه يمكننا أن نرى سائلًا غير قابل للضغط يتدفق عبر أنبوب يتناقص مساحة المقطع العرضي. نظرًا لأن السائل غير قابل للضغط بطبيعته ، فإنه يحاول الحفاظ على الاستمرارية ونفس حجم تدفق السوائل عبر كل نقطة من الأنبوب بغض النظر عن حجم الأنبوب أو قطره.

عندما يكون حجم الأنبوب أوسع عند النقطة 1 ، ستنخفض سرعة التدفق مقارنة بالسرعة عند النقطة 2 حيث يصبح الأنبوب ضيقًا. بهذه الطريقة يتم الحفاظ على معدل التدفق عند كل نقطة من الأنبوب عند قيمة ثابتة.

عند النقطتين 1 و 2 ،

Q1 = س2

أو ، [اللاتكس] A_ {1} \ bar {v} _ {1} = A_ {2} \ bar {v} _ {2} [/ latex]

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

كيف تجد السرعة من معدل التدفق الحجمي؟

في حالة الأعمدة ذات الأحجام المختلفة ، يكون من الأنسب تمثيل تدفق السائل من حيث سرعة التدفق (سم / ساعة). ولكن يتم حساب التدفق بشكل عام من حيث معدل تدفق الحجم (مل / دقيقة).

باستخدام الصيغة التالية ، يمكننا بسهولة حساب سرعة التدفق من معدل التدفق الحجمي للسائل:

معدل التدفق ، [اللاتكس] Q = A \ cdot \ bar {v} [/ latex]

حيث Q = معدل التدفق الحجمي بالمتر3/s

[اللاتكس] \ بار {v} [/ اللاتكس] = متوسط ​​السرعة م / ث

أ = مساحة المقطع العرضي للممر الذي يتدفق من خلاله السائل بالمتر2

الآن [اللاتكس] \ bar {v} [/ latex] = Q / A = معدل تدفق الحجم / منطقة المقطع العرضي للأنبوب

يمكن أيضًا تعريف معدل التدفق على أنه النسبة بين التغير في حجم السائل والتغير في الوقت.

س = dV / dt

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