HACIMSEL AKIŞ: HESAPLAMA VE ONU ETKILEYENLER - FIZIKSEL - 2025

Hacim akış kanalının bir bölümü içinden akan akışkan hacmini belirleyen ve hangi, akışkan bundan hızı için bir ölçü oluşturmaktadır. Bu nedenle ölçümü, diğerleri arasında endüstri, tıp, inşaat ve araştırma gibi çeşitli alanlarda özellikle ilgi çekicidir.

Bununla birlikte, bir sıvının hızını ölçmek (sıvı, gaz veya her ikisinin karışımı), katı bir cismin yer değiştirme hızını ölçmek kadar basit değildir. Bu nedenle, bir sıvının hızını bilmek için akışını bilmek gerekir.

Bu ve akışkanlarla ilgili diğer birçok soru akışkanlar mekaniği olarak bilinen fizik dalı tarafından ele alınmaktadır. Akış, bir zaman birimi dikkate alınarak bir borunun bir bölümünün, bir boru hattı, bir petrol boru hattı, bir nehir, bir kanal, bir kan kanalı vb.

Genellikle belirli bir alandan belirli bir zamanda geçen hacim hesaplanır, buna hacimsel akış da denir. Belirli bir alandan belirli bir zamanda geçen kütle veya kütle akışı da tanımlanır, ancak hacimsel akıştan daha az sıklıkla kullanılır.

Hesaplama

Hacimsel akış hızı Q harfi ile temsil edilir.Akışın iletken kısma dik olarak hareket ettiği durumlarda aşağıdaki formül ile belirlenir:

S = A = V / t

Bu formülde A, iletkenin bölümüdür (sıvının ortalama hızıdır), V hacimdir ve t zamandır. Uluslararası sistem alan veya iletken bölümü m ölçülür içinde yana ² ve m hız / akış m ölçülür s ³ / s'dir.

Sıvı yer değiştirmesinin hızının yüzey bölümü A'ya dik yönde bir θ açısı oluşturduğu durumlar için, akış oranını belirleme ifadesi aşağıdaki gibidir:

Q = bir cos θ

Bu, önceki denklemle tutarlıdır, çünkü akış A alanına dik olduğunda, θ = 0 ve sonuç olarak cos θ = 1'dir.

Yukarıdaki denklemler yalnızca sıvının hızı tekdüze ise ve kesit alanı düzse doğrudur. Aksi takdirde, hacimsel akış aşağıdaki integral aracılığıyla hesaplanır:

S = ∫∫ _s vd S

Bu integralde dS, aşağıdaki ifade ile belirlenen yüzey vektörüdür:

dS = n dS

Burada n, kanal yüzeyine normal birim vektör ve dS bir yüzey diferansiyel öğesidir.

Süreklilik denklemi

Sıkıştırılamaz akışkanların bir özelliği, akışkanın kütlesinin iki bölümden korunmasıdır. Bu nedenle, aşağıdaki ilişkiyi kuran süreklilik denklemi sağlanır:

ρ ₁ A ₁ V ₁ = ρ ₂ A ₂ V ₂

Bu denklemde ρ sıvının yoğunluğudur.

Yoğunluğun sabit olduğu ve bu nedenle ρ ₁ = ρ ₂ olduğu tatmin edilen kalıcı akıştaki rejim durumları için, aşağıdaki ifadeye indirgenir:

Bir ₁ V ₁ = A ₂ V ₂

Bu, akışın korunduğunu onaylamaya eşdeğerdir ve bu nedenle:

Q ₁ = Q ₂ .

Yukarıdakilerin gözleminden, akışkanların bir kanalın daha dar bir kısmına ulaştıklarında hızlandıklarını ve bir kanalın daha geniş bir bölümüne ulaştıklarında yavaşladıklarını izler. Bu gerçek, bir sıvının hareket hızıyla oynamaya izin verdiği için ilginç pratik uygulamalara sahiptir.

Bernoulli prensibi

Bernoulli prensibi, kapalı bir kanaldan dolaşımda hareket eden ideal bir akışkan (yani, viskozitesi veya sürtünmesi olmayan bir akışkan) için enerjisinin tüm yer değiştirmesi boyunca sabit kaldığını belirler.

Nihayetinde, Bernoulli'nin prensibi, bir sıvının akışı için Enerjinin Korunması Yasasının formülasyonundan başka bir şey değildir. Böylece Bernoulli denklemi aşağıdaki gibi formüle edilebilir:

h + v ² / 2g + P / ρg = sabit

Bu denklemde h yükseklik ve g yerçekimine bağlı ivmedir.

Bernoulli denklemi herhangi bir anda bir sıvının enerjisini hesaba katar, üç bileşenden oluşan bir enerji.

- Sıvının hareket ettiği hız nedeniyle enerji içeren kinetik bir bileşen.

- Sıvının bulunduğu yüksekliğin bir sonucu olarak yerçekimi potansiyeli tarafından üretilen bir bileşen.

- Bir akışkanın basınç nedeniyle sahip olduğu enerji olan akış enerjisinin bir bileşeni.

Bu durumda, Bernoulli denklemi şu şekilde ifade edilir:

h ρ g + (v ² ρ) / 2 + P = sabit

Mantıksal olarak, gerçek bir akışkan durumunda Bernoulli denkleminin ifadesi yerine getirilmez çünkü akışkan yer değiştirmesinde sürtünme kayıpları meydana gelir ve daha karmaşık bir denkleme başvurmak gerekir.

Hacimsel akışı ne etkiler?

Kanalda bir tıkanıklık varsa hacimsel akış etkilenecektir.

Buna ek olarak, hacimsel akış hızı, bir kanal boyunca hareket eden gerçek akışkanın sıcaklık ve basıncındaki değişiklikler nedeniyle de değişebilir, özellikle bu bir gazsa, bir gazın kapladığı hacim, bir işlev olarak değişir. olduğu sıcaklık ve basınç.

Hacimsel akışı ölçmenin basit yöntemi

Hacimsel akışı ölçmenin gerçekten basit bir yöntemi, bir sıvının belirli bir süre için bir ölçüm tankına akmasına izin vermektir.

Bu yöntem genellikle çok pratik değildir, ancak gerçek şu ki, bir sıvının akış hızını bilmenin anlamını ve önemini anlamak son derece basit ve çok açıklayıcıdır.

Bu şekilde, sıvının bir süre bir ölçüm tankına akmasına izin verilir, biriken hacim ölçülür ve elde edilen sonuç geçen süreye bölünür.

Referanslar

1. Akış (Sıvı) (nd). Wikipedia'da. 15 Nisan 2018'de es.wikipedia.org adresinden alındı.
2. Hacimsel akış hızı (nd). Wikipedia'da. 15 Nisan 2018'de en.wikipedia.org adresinden alındı.
3. Engineers Edge, LLC. "Akışkan Hacimsel Akış Hızı Denklemi". Engineers Edge
4. Mott, Robert (1996). "bir". Uygulamalı akışkanlar mekaniği (4. baskı). Meksika: Pearson Education.
5. Batchelor, GK (1967). Akışkanlar Dinamiğine Giriş. Cambridge University Press.
6. Landau, LD; Lifshitz, EM (1987). Akışkanlar mekaniği. Teorik Fizik Kursu (2. baskı). Pergamon Basın.