ALIRAN VOLUMETRIK: PENGIRAAN DAN APA YANG MEMPENGARUHINYA - FIZIKAL - 2026

The aliran isipadu menentukan jumlah cecair yang mengalir melalui sebahagian daripada saluran dan menyediakan ukuran kelajuan dengan mana travels cecair olehnya. Oleh itu, pengukurannya sangat menarik di bidang yang pelbagai seperti industri, perubatan, pembinaan dan penyelidikan, antara lain.

Walau bagaimanapun, mengukur kelajuan cecair (sama ada cecair, gas, atau campuran kedua-duanya) tidak semudah mengukur kecepatan perpindahan badan pepejal. Oleh itu, kebetulan untuk mengetahui kelajuan bendalir perlu mengetahui alirannya.

Ini dan banyak persoalan lain yang berkaitan dengan bendalir ditangani oleh cabang fizik yang dikenali sebagai mekanik bendalir. Aliran didefinisikan sebagai berapa banyak cecair yang melewati bahagian paip, sama ada paip, saluran minyak, sungai, saluran, saluran darah, dan lain-lain, dengan mempertimbangkan satuan waktu.

Biasanya isipadu yang melewati kawasan tertentu dalam satuan masa dikira, juga disebut aliran volumetrik. Jisim atau aliran jisim yang melewati kawasan tertentu pada waktu tertentu juga ditentukan, walaupun digunakan lebih jarang daripada aliran volumetrik.

Pengiraan

Aliran volumetrik dilambangkan dengan huruf Q. Untuk kes di mana aliran bergerak tegak lurus ke bahagian konduktor, ditentukan dengan formula berikut:

Q = A = V / t

Dalam formula ini A adalah bahagian konduktor (ia adalah kelajuan purata bendalir), V adalah isipadu dan t adalah waktunya. Oleh kerana dalam sistem antarabangsa luas atau bahagian konduktor diukur dalam m ² dan halaju dalam m / s, aliran diukur dalam m ³ / s.

Untuk kes di mana halaju perpindahan bendalir menghasilkan sudut θ dengan arah tegak lurus ke permukaan permukaan A, ungkapan untuk menentukan kadar aliran adalah seperti berikut:

Q = A cos θ

Ini selaras dengan persamaan sebelumnya, kerana ketika aliran tegak lurus ke kawasan A, θ = 0 dan, akibatnya, cos θ = 1.

Persamaan di atas hanya berlaku jika halaju bendalir seragam dan jika luas bahagiannya rata. Jika tidak, aliran volumetrik dikira melalui kamiran berikut:

Q = v _s vd S

Dalam dS integral ini adalah vektor permukaan, ditentukan oleh ungkapan berikut:

dS = n dS

Di sana, n adalah vektor unit normal ke permukaan saluran dan dS adalah elemen pembezaan permukaan.

Persamaan kesinambungan

Ciri khas cecair yang tidak dapat dikompresi adalah bahawa jisim bendalir dipelihara dengan dua bahagian. Atas sebab ini, persamaan kesinambungan berpuas hati, yang mewujudkan hubungan berikut:

ρ ₁ A ₁ V ₁ = ρ ₂ A ₂ V ₂

Dalam persamaan ini ρ ialah ketumpatan bendalir.

Untuk kes-kes rejim dalam fluks kekal, di mana ketumpatannya tetap dan, oleh itu, berpuas hati bahawa ρ ₁ = ρ ₂ , ia dikurangkan menjadi ungkapan berikut:

A ₁ V ₁ = A ₂ V ₂

Ini setara dengan menegaskan bahawa aliran itu terpelihara dan, oleh itu:

Q ₁ = Q ₂ .

Dari pemerhatian di atas, cecair menunjukkan percepatan ketika mencapai bahagian saluran yang lebih sempit, sementara mereka perlahan ketika mencapai bahagian saluran yang lebih luas. Fakta ini mempunyai aplikasi praktikal yang menarik, kerana ia memungkinkan bermain dengan kelajuan pergerakan cecair.

Prinsip Bernoulli

Prinsip Bernoulli menentukan bahawa untuk cecair yang ideal (iaitu, cecair yang tidak mempunyai kelikatan atau geseran) yang bergerak dalam peredaran melalui saluran tertutup, memang benar bahawa tenaganya tetap berterusan sepanjang keseluruhan perpindahannya.

Pada akhirnya, prinsip Bernoulli tidak lebih dari penggubalan Undang-undang Pemuliharaan Tenaga untuk aliran cairan. Oleh itu, persamaan Bernoulli dapat dirumuskan sebagai berikut:

h + v ² / 2g + P / ρg = pemalar

Dalam persamaan ini h adalah ketinggian dan g adalah pecutan kerana graviti.

Persamaan Bernoulli mengambil kira tenaga cecair pada bila-bila masa, tenaga yang terdiri daripada tiga komponen.

- Komponen kinetik yang merangkumi tenaga, kerana kelajuan cecair bergerak.

- Komponen yang dihasilkan oleh potensi graviti, akibat ketinggian di mana bendalir berada.

- Komponen tenaga aliran, yang merupakan tenaga yang dimiliki oleh cecair kerana tekanan.

Dalam kes ini, persamaan Bernoulli dinyatakan sebagai berikut:

h ρ g + (v ² ρ) / 2 + P = pemalar

Secara logiknya, dalam hal bendalir nyata, ungkapan persamaan Bernoulli tidak terpenuhi, kerana kerugian geseran berlaku dalam anjakan bendalir dan perlu menggunakan persamaan yang lebih kompleks.

Apa yang mempengaruhi aliran volumetrik?

Aliran volumetrik akan terjejas sekiranya terdapat penyumbatan pada saluran.

Di samping itu, laju aliran volumetrik juga dapat berubah disebabkan oleh perubahan suhu dan tekanan dalam bendalir sebenar yang bergerak melalui saluran, terutama jika ini adalah gas, kerana isipadu yang ditempati oleh gas berubah-ubah sebagai fungsi dari suhu dan tekanan di mana ia berada.

Kaedah sederhana untuk mengukur aliran volumetrik

Kaedah yang sangat mudah untuk mengukur aliran volumetrik adalah membiarkan cecair mengalir ke tangki meter untuk jangka masa yang ditetapkan.

Kaedah ini pada amnya tidak begitu praktikal, tetapi sebenarnya adalah sangat mudah dan sangat ilustratif untuk memahami makna dan kepentingan mengetahui kadar aliran bendalir.

Dengan cara ini, bendalir dibiarkan mengalir ke tangki pemeteran untuk jangka waktu, isipadu terkumpul diukur dan hasil yang diperoleh dibahagi dengan masa yang berlalu.

Rujukan

1. Aliran (Bendalir) (nd). Di Wikipedia. Diakses pada 15 April 2018, dari es.wikipedia.org.
2. Kadar aliran volumetrik (nd). Di Wikipedia. Diakses pada 15 April 2018, dari en.wikipedia.org.
3. Engineers Edge, LLC. "Persamaan Kadar Aliran Volumetrik Bendalir". Jurutera Edge
4. Mott, Robert (1996). "satu". Mekanik bendalir gunaan (edisi ke-4). Mexico: Pendidikan Pearson.
5. Batchelor, GK (1967). Pengenalan Dinamika Bendalir. Akhbar Universiti Cambridge.
6. Landau, LD; Lifshitz, EM (1987). Mekanik Bendalir. Kursus Fizik Teori (edisi ke-2). Akhbar Pergamon.