Sadržaj
Volumen protoka je izraz u fizici koji opisuje koliko se materija - u smislu fizičkih dimenzija, a ne mase - kreće kroz prostor po jedinici vremena. Na primjer, kada pokrećete kuhinjsku slavinu, određena količina vode (koju biste mogli mjeriti u unci tekućine, litrama ili nečem drugom) izlazi iz otvaranja slavine u određenom vremenskom razdoblju (obično u sekundi ili minutu). Taj iznos smatra se volumnim protokom.
Izraz "protok volumena" gotovo se uvijek odnosi na tekućine i plinove; krute tvari ne "teku", iako se i one mogu kretati stalnom brzinom kroz prostor.
Jednadžba protoka volumena
Osnovna jednadžba za probleme ove vrste je
P = AV
gdje P je volumen protoka, je područje poprečnog presjeka koje zauzima tekući materijal, i V je prosječna brzina protoka. V smatra se prosjekom jer se ne svaki dio tekuće tekućine kreće jednakom brzinom. Na primjer, dok gledate kako se rijeke neprestano kreću nizvodno pri određenom broju galona u sekundi, primijetite da ovdje površina ima sporije struje, a tamo brže.
Presjek je često kružni problem u količini protoka, jer se ovi problemi često tiču kružnih cijevi. U tim slučajevima pronalazite to područje odvajanjem polumjera cijevi (koji je polovica promjera) i množenjem rezultata na konstantnu pi (π), koja ima vrijednost oko 3,14159.
Uobičajene SI (od francuskog za "međunarodni sustav", jednake "metričkoj") jedinici brzine protoka su litre u sekundi (L / s) ili mililitri u minuti (ml / min). Budući da je SAD odavno koristio carske (engleske) jedinice, još je uvijek češće vidjeti količinske protoke izražene u galonima dnevno, galonima / min (gpm) ili kubičnim stopama u sekundi (cfs). Da biste pronašli volumen protoka u jedinicama koje se obično ne koriste u tu svrhu, možete upotrijebiti mrežni kalkulator protoka kao što je onaj u Resursi.
Stopa masnog protoka
Ponekad ćete htjeti znati ne samo volumen gibanja tekućine po jedinici vremena, već i količinu mase koja to predstavlja. Ovo je očito kritično za inženjering, kad se mora znati kolika težina neke cijevi ili drugog spremnika tekućine ili rezervoara može sigurno držati.
Formula masenog protoka može se izvesti iz formule zapreminskog protoka množenjem cijele jednadžbe s gustoćom tekućine, ρ, To proizlazi iz činjenice da je gustoća masa podijeljena s volumenom, što također znači da je masa jednaka gustoći puta volumenu. Jednadžba protoka volumena već ima jedinice volumena po jedinici vremena, tako da za dobivanje mase po jedinici vremena jednostavno morate pomnožiti s gustoćom.
Jednadžba masenog protoka je, dakle,
ṁ = ρAV
ṁ, ili "m-točka", uobičajeni je simbol za masni protok.
Problemi s protokom volumena
Recite da su vam dobili cijev s polumjerom od 0,1 m (10 cm, oko 4 inča) i rekli su vam da trebate upotrijebiti tu cijev da biste ispraznili cijeli rezervoar vode za manje od jednog sata. Spremnik je cilindar s visinom (h) od 3 metra i promjera 5 metara. Koliko će brzo struja vode trebati da se kreće kroz cijev, u m3/ s, kako bi se ovaj posao obavio? Formula zapremina cilindra je π_r_2h.
Jednadžba interesa je P = AV, i varijabla za koju se rješavate je V.
Prvo izračunajte volumen vode u spremniku, zapamtivši da je polumjer upola manji od promjera:
π × (2,5 m)2 × 3 m = 58,9 m3
Zatim odredite broj sekundi u satu:
60 s / min × 60 min / hr = 3600 s
Odredite potreban volumen protoka:
P = 58,9 m3/ 3600 s = 0,01636 m3/ s
Sada odredite područje Vaše odvodne cijevi:
π × (0.1)2 = 0,0314 m2
Dakle, iz jednadžbe za volumenski protok koji imate
V = P/
= 0,01636 m3/ s ÷ 0,0314 m2
= 0,52 m / s = 52 cm / s
Voda se mora sipati kroz cijev velikom, ali vjerojatnom brzinom od oko pola metra, ili malo većom od 1,5 stopa, u sekundi kako bi se ispravno ispraznio spremnik.