Inhoud
Volumestroomsnelheid is een term in de natuurkunde die beschrijft hoeveel materie - in termen van fysieke dimensies, niet massa - per tijdseenheid door de ruimte beweegt. Wanneer u bijvoorbeeld een keukenkraan in werking stelt, stroomt een bepaalde hoeveelheid water (die u in vloeibare ounces, liters of iets anders kunt meten) binnen een bepaalde tijd (meestal seconden of minuten) uit de opening van de kraan. Deze hoeveelheid wordt beschouwd als de volumestroomsnelheid.
De term "volumestroomsnelheid" is bijna altijd van toepassing op vloeistoffen en gassen; vaste stoffen "stromen niet", hoewel ze ook met een constante snelheid door de ruimte kunnen bewegen.
De vergelijking van de volumestroom
De basisvergelijking voor dit soort problemen is
Q = AV
waar Q is de volumestroom, EEN het dwarsdoorsnedegebied is dat wordt ingenomen door het stromende materiaal, en V is de gemiddelde stroomsnelheid. V wordt als een gemiddelde beschouwd omdat niet elk deel van een stromende vloeistof met dezelfde snelheid beweegt. Als je bijvoorbeeld kijkt naar het water van een rivier die gestaag stroomafwaarts gaat met een bepaald aantal gallons per seconde, merk je dat het oppervlak hier langzamere stromingen heeft en snellere stromingen daar.
De dwarsdoorsnede is vaak een cirkel in volumestroomsnelheidsproblemen, omdat deze problemen vaak cirkelvormige buizen betreffen. In deze gevallen vindt u het gebied EEN door de straal van de buis te kwadrateren (die de helft van de diameter is) en het resultaat te vermenigvuldigen met de constante pi (n), die een waarde heeft van ongeveer 3,14159.
De gebruikelijke SI (uit het Frans voor "internationaal systeem" komt neer op "metrisch") debieteenheden zijn liters per seconde (L / s) of milliliters per minuut (ml / min). Omdat de VS al lang imperiale (Engelse) eenheden gebruiken, is het nog steeds gebruikelijker om volumestroomsnelheden te zien, uitgedrukt in gallons / dag, gallons / min (gpm) of kubieke voet per seconde (cfs). Om volumestroomsnelheden te vinden in eenheden die niet vaak voor dit doel worden gebruikt, kunt u een online stroomsnelheidscalculator gebruiken zoals die in de bronnen.
Massastroomsnelheid
Soms wilt u niet alleen het volume vloeistof dat per tijdseenheid beweegt, maar ook de hoeveelheid massa die dit vertegenwoordigt. Dit is duidelijk van cruciaal belang in de engineering, wanneer het moet weten hoeveel gewicht een bepaalde pijp of andere vloeistofleiding of reservoir veilig kan dragen.
De massastroomsnelheidformule kan worden afgeleid van de volumestroomsnelheidformule door de hele vergelijking te vermenigvuldigen met de dichtheid van de vloeistof, ρ. Dit volgt uit het feit dat dichtheid massa is gedeeld door volume, wat ook betekent dat massa gelijk is aan dichtheid maal volume. De volumestroomvergelijking heeft al volume-eenheden per tijdseenheid, dus om massa per tijdseenheid te krijgen, moet je gewoon vermenigvuldigen met dichtheid.
De massastroomsnelheidvergelijking is daarom
ṁ = ρAV
ṁof "m-punt" is het gebruikelijke symbool voor massastroomsnelheid.
Problemen met de volumestroom
Stel dat u een pijp met een straal van 0,1 m (10 cm) hebt gekregen en ons is verteld dat u deze pijp moest gebruiken om in minder dan een uur een volledige volle watertank af te tappen. De tank is een cilinder met een hoogte (h) van 3 meter en een diameter van 5 meter. Hoe snel moet de waterstroom door de pijp gaan, in m3/ s, om deze klus te klaren? De formule voor het volume van een cilinder is π_r_2h.
De vergelijking van rente is Q = AVen de variabele waarvoor u oplost is V.
Bereken eerst het volume water in de tank en onthoud dat de straal de helft van de diameter is:
π × (2,5 m)2 × 3 m = 58,9 m3
Bepaal vervolgens het aantal seconden in een uur:
60 s / min × 60 min / uur = 3600 s
Bepaal de vereiste volumestroomsnelheid:
Q = 58,9 m3/ 3600 s = 0,01636 m3/ s
Bepaal nu het gebied EEN van uw afvoerleiding:
π × (0.1)2 = 0,0314 m2
Dus uit de vergelijking voor volumestroomsnelheid die u hebt
V = Q/EEN
= 0,01636 m3/ s ÷ 0,0314 m2
= 0,52 m / s = 52 cm / s
Water moet met een snelle maar plausibele snelheid van ongeveer een halve meter of iets meer dan 1,5 voet per seconde door de buis worden geperst om de tank goed af te tappen.