Zawartość
- Obliczanie natężenia przepływu przez kryzę
- Korzystanie z formuły natężenia przepływu
- Obliczanie natężenia przepływu przy użyciu ciśnienia
Znalezienie natężenia przepływu wody z dziobka, takiego jak czop ogrodowy lub kran łazienkowy, jest prostym ćwiczeniem, które wymaga jedynie wiadra i timera. Obliczanie natężenia przepływu w otwartym korycie, takim jak rynna lub koryto rzeki, jest nieco bardziej skomplikowane, a obliczanie natężenia przepływu cieczy w zamkniętej rurze jest jeszcze bardziej skomplikowane.
Ogólnie formuła natężenia przepływu wynosi Q = ZA × v, gdzie Q jest natężeniem przepływu, ZA oznacza pole przekroju w punkcie na ścieżce przepływu i v jest prędkością cieczy w tym punkcie. W niektórych sytuacjach, takich jak woda płynąca w korycie rzeki, obliczanie ZA jest trudne, a najlepsze, co możesz zrobić, to przybliżenie. W innych, takich jak ciecz płynąca w zamkniętej rurze, trudno ją zmierzyć v, ale nie musisz. Jeśli możesz zmierzyć ciśnienie płynu, możesz użyć prawa Poiseuillesa.
Obliczanie natężenia przepływu przez kryzę
Jeśli chcesz poznać natężenie przepływu przez otwór, taki jak czop lub emiter kropelkowy, wszystko, co musisz zrobić, to pozwolić, aby pewna objętość zgromadziła się w pojemniku i zmierzyć, ile czasu zajmuje nagromadzenie. Na przykład można zmierzyć natężenie przepływu z czopa, pozwalając wodzie napełnić wiadro o pojemności 5 galonów i rejestrując czas. Podziel 5 przez czas potrzebny do uzyskania liczby galonów na jednostkę czasu. Jeśli mierzysz czas w minutach, otrzymasz wynik w galonach na minutę.
Aby zmierzyć natężenie przepływu z małego otworu, takiego jak emiter kroplowy, potrzebujesz znacznie mniejszego pojemnika, takiego jak słoik kwarty i dłuższej jednostki czasu, ale zasada jest taka sama. Emitery kroplowe są zwykle oceniane w liczbie galonów na godzinę, którą emitują. Emiter, który zużywa 1 galon na godzinę, napełni słoik kwarty za 15 minut.
Korzystanie z formuły natężenia przepływu
Jeśli widzisz płynący płyn, możesz zmierzyć jego prędkość, a to oznacza, że potrzebujesz tylko obszaru, przez który płynie płyn, aby obliczyć natężenie przepływu za pomocą wzoru Q = ZA × v.
Jeśli płyn przepływa przez otwór lub przezroczystą rurkę, jednym ze sposobów pomiaru prędkości jest wprowadzenie barwnika jako markera i czasu, przez jaki barwnik potrzebuje dwóch punktów. Po zmierzeniu promienia rurki lub kryzy można obliczyć powierzchnię za pomocą π_r_2, a następnie użyj v × ZA obliczyć natężenie przepływu.
Aby przepłynąć przez naturalne obiekty, takie jak koryto rzeki, musisz przybliżyć obszar. Załóżmy, że najgłębszą częścią rzeki jest promień półcylindrycznego koryta. Oblicz pole przekroju za pomocą π_r_2, a następnie weź połowę tego i użyj do ZA w równaniu Q = v × ZA aby uzyskać przybliżone natężenie przepływu.
Obliczanie natężenia przepływu przy użyciu ciśnienia
Kiedy płyn przepływa przez zamkniętą rurę, nie można go zobaczyć, więc nie można zmierzyć jego prędkości. Jeśli jednak możesz zmierzyć ciśnienie płynu - co zwykle jest łatwe do wykonania za pomocą manometru - możesz użyć prawa Poiseuillesa do obliczenia natężenia przepływu. Zgodnie z prawem Poiseuillesa natężenie przepływu Q zmienia się bezpośrednio wraz z różnicą ciśnień Δ_p_ między końcami rury i czwartą mocą promienia rury r4i zmienia się odwrotnie w zależności od długości rury L.. Równanie to:
Q = frac {π Delta pr ^ 4} {8μL}gdzie µ to lepkość płynu.
Prawo Poiseuillesa zakłada przepływ laminarny (nie turbulentny), który jest bezpiecznym założeniem przy niskich ciśnieniach i małych średnicach rur.