FLUXUL VOLUMETRIC: CALCUL ȘI CE ÎL AFECTEAZĂ - FIZIC - 2025

Fluxul de volum determină volumul de fluid care circulă printr-o secțiune a conductei și oferă o măsură a vitezei cu care fluidul circulă prin el. Prin urmare, măsurarea sa este deosebit de interesantă în domenii la fel de diverse precum industria, medicina, construcțiile și cercetarea, printre altele.

Cu toate acestea, măsurarea vitezei unui fluid (fie că este un lichid, un gaz sau un amestec de ambele) nu este la fel de simplă cum poate fi măsurarea vitezei de deplasare a unui corp solid. Prin urmare, se întâmplă că pentru a cunoaște viteza unui fluid este necesar să cunoaștem debitul acestuia.

Aceasta și multe alte întrebări legate de lichide sunt tratate de ramura fizicii cunoscută sub numele de mecanica fluidelor. Fluxul este definit prin cât de fluid trece o secțiune a unui conduct, fie că este o conductă, o conductă de petrol, un râu, un canal, o conductă de sânge etc., luând în considerare o unitate de timp.

De obicei se calculează volumul care trece printr-o zonă dată într-o unitate de timp, numit și flux volumetric. Fluxul de masă sau masă care trece printr-o anumită zonă la un moment dat este, de asemenea, definit, deși este utilizat mai rar decât fluxul volumetric.

Calcul

Debitul volumetric este reprezentat de litera Q. Pentru cazurile în care debitul se deplasează perpendicular pe secțiunea conductor, se determină cu următoarea formulă:

Q = A = V / t

În această formulă A este secțiunea conductorului (este viteza medie a fluidului), V este volumul și t este timpul. Întrucât în ​​sistemul internațional aria sau secțiunea conductorului este măsurată în m ² și viteza în m / s, debitul este măsurat în m ³ / s.

Pentru cazurile în care viteza deplasării fluidului creează un unghi θ cu direcția perpendiculară pe secțiunea de suprafață A, expresia pentru a determina debitul este următoarea:

Q = A cos θ

Aceasta este în concordanță cu ecuația anterioară, deoarece atunci când fluxul este perpendicular pe aria A, θ = 0 și, prin urmare, cos θ = 1.

Ecuațiile de mai sus sunt adevărate numai dacă viteza fluidului este uniformă și dacă aria secțiunii este plană. În caz contrar, debitul volumetric este calculat prin următoarea integrală:

Q = ∫∫ _s vd S

În această integrală dS este vectorul de suprafață, determinat de următoarea expresie:

dS = n dS

Acolo, n este vectorul unitar normal pe suprafața conductei și dS este un element diferențial de suprafață.

Ecuația de continuitate

O caracteristică a fluidelor incompresibile este aceea că masa fluidului este conservată cu două secțiuni. Din acest motiv, ecuația de continuitate este satisfăcută, care stabilește următoarea relație:

ρ ₁ A ₁ V ₁ = ρ ₂ A ₂ V ₂

În această ecuație ρ este densitatea fluidului.

Pentru cazurile de regimuri în flux permanent, în care densitatea este constantă și, prin urmare, este convins că ρ ₁ = ρ ₂ , se reduce la următoarea expresie:

A ₁ V ₁ = A ₂ V ₂

Aceasta echivalează cu afirmarea că fluxul este conservat și, prin urmare:

Q ₁ = Q ₂ .

Din observarea celor de mai sus rezultă că fluidele accelerează atunci când ajung la o secțiune mai restrânsă a unei conducte, în timp ce încetinesc atunci când ajung la o secțiune mai largă a unei conducte. Acest fapt are aplicații practice interesante, deoarece permite jocul cu viteza de mișcare a unui fluid.

Principiul lui Bernoulli

Principiul lui Bernoulli determină faptul că pentru un fluid ideal (adică un fluid care nu are nici vâscozitate, nici fricțiune) care se deplasează în circulație printr-o conductă închisă, este adevărat că energia sa rămâne constantă pe întreaga deplasare.

În final, principiul lui Bernoulli nu este altceva decât formularea Legii conservării energiei pentru curgerea unui fluid. Astfel, ecuația Bernoulli poate fi formulată după cum urmează:

h + v ² / 2g + P / ρg = constantă

În această ecuație h este înălțimea și g este accelerația datorată gravitației.

Ecuația Bernoulli are în vedere energia unui fluid în orice moment, o energie formată din trei componente.

- O componentă cinetică care include energie, datorită vitezei cu care se mișcă fluidul.

- componentă generată de potențialul gravitațional, ca urmare a înălțimii la care se află fluidul.

- O componentă a energiei de curgere, care este energia pe care o deține un fluid din cauza presiunii.

În acest caz, ecuația lui Bernoulli este exprimată astfel:

h ρ g + (v ² ρ) / 2 + P = constantă

În mod logic, în cazul unui fluid real, expresia ecuației Bernoulli nu este îndeplinită, deoarece pierderi de fricțiune apar în deplasarea fluidului și este necesar să se recurgă la o ecuație mai complexă.

Ce afectează fluxul volumetric?

Fluxul volumetric va fi afectat dacă există un blocaj în conductă.

În plus, debitul volumetric se poate modifica și datorită variațiilor de temperatură și presiune în fluidul real care se deplasează printr-o conductă, mai ales dacă acesta este un gaz, deoarece volumul pe care îl ocupă un gaz variază în funcție de temperatura și presiunea la care se află.

Metodă simplă de măsurare a debitului volumetric

O metodă cu adevărat simplă de măsurare a debitului volumetric este de a lăsa un fluid să curgă într-un rezervor de dozare pentru o perioadă determinată de timp.

Această metodă nu este în general foarte practică, dar adevărul este că este extrem de simplu și foarte ilustrativ să înțelegeți sensul și importanța cunoașterii debitului unui fluid.

În acest fel, lichidul este lăsat să curgă într-un rezervor de dozare pentru o perioadă de timp, volumul acumulat este măsurat și rezultatul obținut este împărțit la timpul scurs.

Referințe

1. Debit (fluid) (nd). Pe Wikipedia. Preluat pe 15 aprilie 2018, de pe es.wikipedia.org.
2. Fluxul volumetric (nd). Pe Wikipedia. Adus pe 15 aprilie 2018, de pe en.wikipedia.org.
3. Ingineri Edge, LLC. "Ecuația debitului volumic volumic". Ingineri Edge
4. Mott, Robert (1996). "unu". Mecanica aplicată a fluidelor (ediția a IV-a). Mexic: Pearson Education.
5. Batchelor, GK (1967). O introducere în dinamica fluidelor. Presa universitară din Cambridge.
6. Landau, LD; Lifshitz, EM (1987). Mecanica fluidelor. Curs de fizică teoretică (ediția a II-a). Pergamon Press.