Sadržaj
Pronalaženje protoka vode iz izljeva, poput vrtnog vrta ili slavine u kupaonici, jednostavna je vježba koja ne zahtijeva ništa više od kante i vremena. Izračunavanje protoka u otvorenom koritu, poput oluka ili korita rijeka, malo je složenije, a izračunavanje protoka tekućine unutar zatvorene cijevi još je složenije.
Formula protoka, općenito, je P = × v, gdje P je brzina protoka, je područje presjeka u točki na putu toka i v je brzina tekućine u toj točki. U nekim situacijama, poput vode koja teče u koritu, računa se je teško, a najbolje što možete učiniti je aproksimacija. U drugima, poput one tekućine koja teče u zatvorenoj cijevi, teško je izmjeriti v, ali ne morate. Ako možete izmjeriti tlak tekućine, možete koristiti Poiseuilles zakon.
Izračunavanje protoka kroz otvor
Ako trebate znati protok kroz otvor, poput spigota ili kapaljke, sve što morate učiniti je dopustiti da se određeni volumen akumulira u spremniku i izmjerite koliko dugo treba da se akumulira. Na primjer, možete izmjeriti protok iz špicera tako što ćete dopustiti da voda napuni kantu od 5 galona i zabilježi vrijeme. Podijelite 5 na vrijeme potrebno za dobivanje broja galona po jedinici vremena. Ako odmjerite vrijeme u minutama, rezultat ćete dobiti u galonima u minuti.
Za mjerenje brzine protoka iz malog otvora, poput onoga iz kapkastog emitera, trebat će vam mnogo manji spremnik, poput staklenke i duže jedinice, ali princip je isti. Emiteri kapanja obično se ocjenjuju brojem litara na sat koji emitiraju. Emiter koji ispuši 1 litar na sat napunit će staklenku u 15 minuta.
Korištenje formule protoka protoka
Ako možete vidjeti kako tekućina teče, možete izmjeriti njezinu brzinu, a to znači da je sve što trebate područje kroz koje teče tekućina za izračunavanje brzine protoka pomoću formule P = × v.
Ako tekućina teče kroz otvor ili prozirnu cijev, jedan od načina za mjerenje brzine je unošenje boje kao markera i vrijeme koliko je potrebno da boja prođe dvije točke. Nakon mjerenja polumjera cijevi ili otvora, možete izračunati površinu pomoću π_r_2, zatim upotrijebite v × izračunati brzinu protoka.
Za protok prirodnim značajkama, poput korita rijeke, morate približiti to područje. Pretpostavimo da je najdublji dio rijeke polumjer polucilindričnog korita. Izračunajte površinu poprečnog presjeka pomoću π_r_2, onda uzmite pola toga i upotrijebite to za u jednadžbi P = v × da biste dobili približnu brzinu protoka.
Proračun protoka pomoću tlaka
Kad neka tekućina teče kroz zatvorenu cijev, ne možete je vidjeti, pa ne možete mjeriti njenu brzinu. Međutim, ako možete mjeriti tlak tekućine - što je obično lako učiniti pomoću mjerača tlaka - možete koristiti Poiseuilles Law za izračunavanje protoka. Prema Poiseuilles zakonu, brzina protoka P varira izravno s razlikom tlaka Δ_p_ između krajeva cijevi i četvrte snage polumjera cijevi r4, a razlikuje se obrnuto s duljinom cijevi L, Jednadžba je:
Q = frac {π Delta pr ^ 4} {8μL}gdje µ je viskoznost tekućine.
Zakon o Poiseuilles pretpostavlja laminarni (ne-turbulentni) protok, što je sigurna pretpostavka pri malim tlakovima i malim promjerovima cijevi.