NộI Dung
Tốc độ dòng chảy khối là một thuật ngữ trong vật lý mô tả bao nhiêu vật chất - về kích thước vật lý, không phải khối lượng - di chuyển trong không gian trên mỗi đơn vị thời gian. Ví dụ, khi bạn chạy vòi bếp, một lượng nước nhất định (mà bạn có thể đo bằng ounce chất lỏng, lít hoặc thứ gì khác) đi ra khỏi vòi mở trong một khoảng thời gian nhất định (thường là vài giây hoặc vài phút). Số tiền này được coi là tốc độ dòng chảy khối lượng.
Thuật ngữ "tốc độ dòng chảy" hầu như luôn luôn áp dụng cho chất lỏng và khí; chất rắn không "chảy", mặc dù chúng cũng có thể di chuyển với tốc độ ổn định trong không gian.
Phương trình tốc độ dòng chảy khối lượng
Phương trình cơ bản cho các vấn đề của loại này là
Q = AV
Ở đâu Q là tốc độ dòng chảy khối lượng, Một là diện tích mặt cắt bị chiếm bởi vật liệu chảy và V là vận tốc trung bình của dòng chảy. V được coi là trung bình vì không phải mọi phần của chất lỏng chảy đều di chuyển với cùng tốc độ. Ví dụ, khi bạn quan sát vùng nước của một con sông chảy xuôi đều đặn ở một số gallon nhất định mỗi giây, bạn nhận thấy rằng bề mặt có dòng chảy chậm hơn ở đây và dòng chảy nhanh hơn ở đó.
Mặt cắt thường là một vòng tròn trong các vấn đề tốc độ dòng chảy khối lượng, bởi vì những vấn đề này thường liên quan đến đường ống tròn. Trong những trường hợp này, bạn tìm thấy khu vực Một bằng cách bình phương bán kính của đường ống (bằng một nửa đường kính) và nhân kết quả với hằng số pi (π), có giá trị khoảng 3,14159.
Các đơn vị tốc độ dòng SI thông thường (Từ tiếng Pháp cho "hệ thống quốc tế", tương đương với "số liệu") là lít mỗi giây (L / s) hoặc mililít mỗi phút (mL / phút). Tuy nhiên, vì Hoa Kỳ đã sử dụng các đơn vị đế quốc (tiếng Anh) từ lâu, tuy nhiên, vẫn còn phổ biến hơn nhiều để thấy tốc độ dòng chảy thể hiện bằng gallon / ngày, gallon / phút (gpm) hoặc feet khối mỗi giây (cfs). Để tìm tốc độ dòng âm lượng trong các đơn vị không được sử dụng phổ biến cho mục đích này, bạn có thể sử dụng máy tính tốc độ dòng trực tuyến như máy tính trong Tài nguyên.
Tốc độ dòng chảy lớn
Đôi khi, bạn sẽ muốn biết không chỉ khối lượng chất lỏng di chuyển trên một đơn vị thời gian, mà cả khối lượng mà nó đại diện. Điều này rõ ràng là rất quan trọng trong kỹ thuật, khi nó phải biết trọng lượng của một đường ống nhất định hoặc ống dẫn chất lỏng hoặc bể chứa khác có thể giữ an toàn.
Công thức tốc độ dòng chảy khối có thể được lấy từ công thức tốc độ dòng chảy khối lượng bằng cách nhân toàn bộ phương trình với mật độ của chất lỏng, ρ. Điều này xuất phát từ thực tế là mật độ được chia cho khối lượng, điều đó cũng có nghĩa là khối lượng bằng mật độ nhân với khối lượng. Phương trình dòng khối đã có đơn vị khối lượng trên một đơn vị thời gian, vì vậy để có được khối lượng trên mỗi đơn vị thời gian, bạn chỉ cần nhân với mật độ.
Do đó phương trình tốc độ dòng chảy khối là
ṁ = ρAV
ṁhoặc "m-dot" là ký hiệu thông thường cho tốc độ dòng chảy lớn.
Vấn đề tốc độ dòng chảy khối lượng
Giả sử bạn đã được cung cấp một đường ống có bán kính 0,1 m (10 cm, khoảng 4 inch) và được cho biết bạn cần sử dụng đường ống này để thoát toàn bộ bể chứa nước trong vòng chưa đầy một giờ. Bể là một hình trụ có chiều cao (h) 3 mét và đường kính 5 mét. Dòng nước cần phải di chuyển qua ống nhanh như thế nào, tính bằng m3/ s, để hoàn thành công việc này? Công thức tính thể tích của hình trụ là π_r_2h.
Phương trình quan tâm là Q = AVvà biến bạn đang giải quyết là V.
Đầu tiên, tính thể tích nước trong bể, nhớ rằng bán kính bằng một nửa đường kính:
π × (2,5 m)2 × 3 m = 58,9 m3
Sau đó, xác định số giây trong một giờ:
60 giây / phút × 60 phút / giờ = 3600 giây
Xác định tốc độ dòng chảy yêu cầu:
Q = 58,9 m3/ 3600 s = 0,01636 m3/S
Bây giờ xác định khu vực Một của ống thoát nước của bạn:
π × (0.1)2 = 0,0314 m2
Do đó, từ phương trình cho tốc độ dòng chảy khối lượng bạn có
V = Q/Một
= 0,01636 m3/ s ÷ 0,0314 m2
= 0,52 m / s = 52 cm / s
Nước phải được buộc qua đường ống với tốc độ nhanh nhưng hợp lý khoảng nửa mét, hoặc hơn 1,5 feet, mỗi giây để thoát nước bể đúng cách.