معدل التدفق الحجمي: 7 مفاهيم مهمة


معدل تدفق الحجم

يُعرَّف معدل التدفق الحجمي (معدل التدفق الحجمي ، معدل تدفق السوائل) بأنه حجم السائل الذي يتم تمريره لكل وحدة زمنية عبر جسم تدفق السوائل مثل الأنابيب والقناة وقناة النهر وما إلى ذلك) ؛ في القياس الهيدرولوجي ، يُعترف به على أنه تفريغ.

بشكل عام ، يُشار إلى معدل التدفق الحجمي بالرمز Q أو V. وحدة SI هي m3/س. يتم استخدام السنتيمتر المكعب في الدقيقة أيضًا كوحدة لمعدل تدفق الحجم في التدفق الصغير

يقاس معدل التدفق الحجمي أيضًا بالأقدام3/ s أو جالون / دقيقة.

معدل التدفق الحجمي ليس مشابهًا للتدفق الحجمي ، كما هو مفهوم بموجب قانون دارسي ويظهر بالرمز q ، وحدات m3/ (م2· ق) ، وهذا هو ، m · s-1(● السرعة). عند الحساب ، يحسب تكامل التدفق فوق المنطقة معدل التدفق الحجمي.

معدل التدفق الحجمي
معدل تدفق الحجم

في غضون ذلك ، إنها كمية قياسية ، لأنها مشتق زمني للحجم فقط. سيكون التباين في تدفقات الحجم من خلال منطقة ما صفراً لحالة تدفق الحالة المستقرة.

معادلة معدل التدفق الحجمي

يعبر معدل التدفق الحجمي عن الحجم الذي تشغله تلك الجزيئات في تدفق السوائل في وقت معين.

س (الخامس) = أ ضد

المعادلة المقدمة صالحة فقط للمقاطع العرضية المستوية. بشكل عام ، في السطح المنحني ، تتحول المعادلة إلى تكاملات سطحية.

Q (V) = معدل التدفق الحجمي (بالمتر3/ ق) ، لتر / ثانية ، لتر / دقيقة (LPM)

أ - مساحة المقطع العرضي للأنبوب أو القناة (م2)

v - السرعة (m / s ، m / min ، fps ، fpm إلخ.

بما أن الغازات قابلة للانضغاط ، فهي ذات حجم يمكن أن تتغير معدلات التدفق بشكل كبير عند تعرضها للضغط أو تغيرات درجة الحرارة ؛ هذا هو سبب أهمية تصميم المعدات الحرارية أو العمليات والعمليات الكيميائية.

رمز معدل التدفق الحجمي

يتم إعطاء رمز معدل التدفق الحجمي كـ V أو Q

وحدات معدل التدفق الحجمي

يتم إعطاء وحدة معدل التدفق الحجمي (بالمتر)3/ s) ، l / s ، l / min (LPM) ، cfm ، gpm

معدل التدفق الحجمي لمعدل التدفق الكتلي

الاختلاف بين تدفق الكتلة والتدفق الحجمي يتعلق بكثافة ما تقوم بتحريكه. نحن نركز على أي واحد نركز عليه يتحدد من خلال قلق المشكلة. على سبيل المثال ، إذا كنا نطور نظامًا للاستخدام في المستشفى ، فقد يكون نقل المياه أو نقل الدم. نظرًا لأن الدم أكثر كثافة من الماء ، فإن نفس التدفق الحجمي سيؤدي إلى تدفق كتلة أعلى إذا كان السائل دمًا مما لو كان ماء. على العكس من ذلك ، إذا أدى التدفق إلى نقل كمية محددة من الكتلة في وقت معين ، فسيتم نقل المزيد من الماء أكثر من الدم.

معدل التدفق الحجمي للسرعة

إذا رأينا وحدة التدفق الحجمي ، فهي m3/ ث ، ووحدة السرعة م / ث. لذلك إذا أردنا تحويل معدل التدفق الحجمي إلى سرعة. نقسم معدل التدفق الحجمي على منطقة المقطع العرضي التي يتدفق منها السائل. هنا ، علينا أن نأخذ مساحة المقطع العرضي للأنبوب التي يتدفق منها السائل.

باختصار ، إذا أردنا إيجاد سرعة من التدفق الحجمي ، فعلينا تقسيم التدفق الحجمي على مساحة المقطع العرضي للأنبوب أو القناة التي يتدفق منها.

وحدة التدفق الحجمي م3/s

وحدة المساحة م2

وحدة السرعة =

وحدة السرعة = (م ^ 3 / ث) / م ^ 2 = م / ث

معدل التدفق الحجمي لمعدل التدفق المولي

أنت تعرف أن معدل التدفق المولي (ن) يعرف بأنه لا. عدد المولات في محلول / خليط يمر عبر نقطة القياس لكل وحدة زمنية

حيث أن معدل التدفق الحجمي (V) هو حجم مرور السوائل من خلال نقطة القياس لكل وحدة زمنية.

كلاهما مرتبط بمعادلة

؟ (كثافة السائل) = n / V

الأسئلة المتكررة

ما المقصود بمعدل التدفق؟

دعنا أولاً ، نحتاج إلى معرفة أن هناك نوعين من معدل التدفقق: الكتلة والحجم.

يتم استخدام كلا معدلي التدفق لمعرفة مقدار السائل الذي يمر عبر قسم الأنبوب لكل وحدة زمنية. ال معدل التدفق الشامل يقيس الكتلة المتدفقة ، ويقيس معدل التدفق الحجمي حجم السائل المتدفق.

إذا كان السائل غير قابل للضغط بطبيعته ، مثل الماء السائل في الظروف العادية ، فإن كلا الكميتين متناسبان ، باستخدام كثافة السائل.

معدلات التدفق هذه مفيدة في كثير سائل مهم حسابات الديناميكيات ، لذلك أنا سعيد بأحد التطبيقات: معادلة الاستمرارية.

تنص معادلة الاستمرارية في أنبوب بجدران مقاومة للماء حيث يتدفق مائع غير قابل للضغط معدل التدفق الحجمي ثابت في جميع أقسام الأنابيب.

حساب معدل التدفق باستخدام الضغط

في حالات مثل فوهات التدفق والفنتوري والفتحة ، يعتمد التدفق على ΔP (P1-P2) بواسطة المعادلة:

س = جD π / 4 D22 [2 (P1-P2) / (1 - د4)]1/2

أينما:

Q  -> تتدفق في م3/s

CD -> معامل التفريغ = أ2/A1

P1 وP2 -> في N / م2

ρ -> كثافة السوائل بوحدة كجم / م3

D2 -> القطر الداخلي للفوهات (بالمتر)

D1 -> قطر أنبوب المدخل والمخرج (بالمتر)

و d = نسبة القطر D2 / D1

هل يمكنني إضافة معدل تدفق حجمي مختلفين لنفس الغاز الذي جاء من أنبوبين مختلفين وتم قياسهما في ظروف مختلفة؟

إذا أخذنا في الاعتبار عدة مواقف ، فالجواب هو نعم. دعونا نرى ما هي تلك المواقف؟ يجب أن يكون الضغط في خط الأنابيب ضئيلًا نسبيًا. لا يوجد تغيير في الكثافة بسبب اختلاف الضغط. يجب تركيب جهاز قياس التدفق بعيدًا عن تقاطع الأنبوب لتجنب تداخل ضغط التدفق.

متى يحدث الحد الأقصى لمعدل التدفق الحجمي من خلال المضخة ، ولماذا؟

إذا أخذنا في الاعتبار مضخة طرد مركزي ، فإن معدل التدفق الحجمي للمضخة يتناسب طرديًا مع سرعة الدافع ومكعب قطره. لذلك ، إذا قمنا بزيادة السرعة لمضخة معينة ، فسنحصل على معدل تدفق مرتفع. خلاف ذلك ، إذا ركزنا على القطر ، فيمكننا تركيب مضخة كبيرة للحصول على معدل تدفق مرتفع. من الممكن أيضًا الحصول على معدل تدفق مرتفع عن طريق تركيب عدة مضخات بشكل متوازٍ. تذكر أن كل مضخة يجب أن تطور نفس الرأس عند التفريغ ؛ خلاف ذلك ، قد يحدث تدفق عكسي إلى مضخة أخرى.

لكن كل هذه الحلول تستند إلى اعتبارات نظرية. إذا كان من المفترض أن تفعل ذلك في مصنع فعلي ، فيجب أن يكون هناك العديد من القيود التي يجب عليك مراعاتها!

على سبيل المثال ، يجب أن تفكر في تكلفة المضخة واستهلاكات المساحة وما إلى ذلك.

كيف يمكنك تحويل معدل التدفق المولي إلى معدل تدفق حجمي؟

كلاهما مرتبط بمعادلة

؟ (كثافة السائل) = n / V

لماذا معدل التدفق الحجمي للمدخل لا يساوي ذلك عند الخروج في ظل ظروف الحالة المستقرة؟

إذا كان التدفق غير قابل للضغط وغير متفاعل ، فمن الممكن أن يكون التدفق الحجمي مختلفًا عن المدخل والمخرج. قد يكون قانون الحفاظ على الكتلة الأخرى يجب الوفاء به.

هل توجد علاقة بين الضغط ومعدل التدفق الحجمي في الهواء؟

بالنسبة لهذه العلاقة ، قد نبحث عن "علاقة Hagen-Poiseuille" ، ويرتبط معدل تدفق الأنابيب بحجم الأنبوب ، وقد تم شرح خصائص السوائل و ΔP.

إنه مشتق من معادلات نافييه-ستوكس ، لذا فهو توازن زخم.

∆P = 128μLQ / (πd ^ 4)

Δ ص هو انخفاض الضغط [Pa]

μ هي لزوجة المائع [Pa⋅s]

L يساوي طول الأنبوب [م]

Q سيكون معدل تدفق الحجم في [m3 / s]

د هو قطر الأنبوب [م]

لماذا ينخفض ​​رأس المضخة مع معدل التدفق الحجمي؟

من الأسهل تخيلها بالفعل إذا قمت بتبديلها. كما أن الرأس يجب أن تعمل المضخة ينخفض ​​الحجم الذي يتم تفريغه (لمضخة طرد مركزي بسرعة معينة).

بشكل أساسي ، تضفي المضخة الطاقة إلى السائل بمعدل ثابت (تجاهل الكفاءات للحظة). يمكن إنتاج هذه الطاقة كطاقة كامنة (رأس) أو طاقة حركية (معدل التدفق الحجمي) ، أو أي مجموعة تصل إلى إجمالي كمية الطاقة.

إنه مشابه لدفع الوزن الثقيل إلى أعلى منحدر. كلما كان المنحدر أكثر انحدارًا ، قل الوزن الذي يمكنك دفعه لأعلى.      

ما هو الفرق بين التدفق الحجمي والسرعة في التدفق المتوسط ​​المسامي؟

التدفق الحجمي هو حجم السائل الذي يتدفق عبر سطح وحدة في وقت الوحدة ، في حين أن السرعة هي المسافة التي يقطعها السائل من نقطتين زمنيتين.

وحدة التدفق الحجمي والسرعة هي نفسها.

في حالة وجود وسط مسامي ، سيكون التدفق الحجمي أقل من أو يساوي (أقل احتمالًا أن يكون متساويًا) من سرعة التدفق ، اعتمادًا على مسامية الوسيط.

هل الشلال أسفل أنبوب عمودي يتسارع عند g؟ أريد حساب معدل التدفق الحجمي للمياه في قاع أنبوب عمودي بطول 85 مترًا؟

يعتمد ذلك على عامل الاحتكاك للأنبوب. يعتمد عامل الاحتكاك على خشونة الأنبوب ورقم رينولد. الاحتكاك هو مقاومة تدفق الماء. هذا يعني أن الاحتكاك يقلل من التسارع. إذا اعتبرنا أن الاحتكاك يساوي صفرًا ، فإن العجلة تساوي g.

سيتم إنشاء تدفق مستمر للمياه على طول الأنبوب. وبالتالي ، لا يهم ، حيث أن متوسط ​​السرعة سيكون هو نفسه في الجزء العلوي من الأنبوب أو في منتصف الطريق.

إذا كنت تريد حساب معدل التدفق الحجمي للمياه في أسفل الأنبوب ، فأنت بحاجة إلى حساب السرعة وضربها في مساحة المقطع العرضي للأنبوب.

إذا تجاهلنا الاحتكاك ، فسنعطي متوسط ​​السرعة في الأسفل بمقدار

ت = √2gh

يمكن العثور على فقدان الطاقة في مخطط الحالة المزاجية.

كيف يؤثر الصمام على معدل التدفق الحجمي دون المساس بحفظ الكتلة؟

كما نعلم أن معدل التدفق الحجمي هو مضاعفة السرعة ومنطقة المقطع العرضي التي يتدفق منها التدفق. في حالة الصمام ، تتأثر منطقة المقطع العرضي. يؤدي تغيير منطقة المقطع العرضي إلى تغيير سرعة تدفق السائل ، لكن معدل التدفق الكلي للحجم يظل كما هو. اقتنعت المحافظة على مبدأ الكتلة. وفقًا لمبدأ برنولي ، نعلم أن تقليل الطاقة الحركية لمنطقة المقطع العرضي يتم تحويله إلى طاقة ضغط.

علاقة المنطقة والسرعة والضغط

المزيد من المادة عدو اضغط هنا

ديباكومار جاني

أنا ديباك كومار جاني ، أسعى للحصول على درجة الدكتوراه في الطاقة الميكانيكية المتجددة. لدي خمس سنوات من التدريس وخبرة بحثية لمدة عامين. مجال اهتمامي هو الهندسة الحرارية وهندسة السيارات والقياس الميكانيكي والرسم الهندسي وميكانيكا الموائع وما إلى ذلك. لقد قدمت براءة اختراع بشأن "تهجين الطاقة الخضراء لإنتاج الطاقة". لقد نشرت 17 ورقة بحثية وكتابين. يسعدني أن أكون جزءًا من Lambdageeks وأود أن أقدم بعض خبرتي بطريقة مبسطة مع القراء. بصرف النظر عن الأكاديميين والبحث ، أحب التجول في الطبيعة والتقاط الطبيعة وخلق الوعي بالطبيعة بين الناس. دعنا نتواصل من خلال LinkedIn - https://www.linkedin.com/in/jani-deepak-b0558748/. يرجى الرجوع أيضًا إلى قناة You-tube الخاصة بي بخصوص "دعوة من الطبيعة"

آخر المقالات