Conţinut
Debitul de volum este un termen în fizică care descrie cât de multă materie - în termeni de dimensiuni fizice, nu de masă - se deplasează prin spațiu pe unitate de timp. De exemplu, atunci când rulați un robinet de bucătărie, o anumită cantitate de apă (pe care s-ar putea să o măsurați în uncii lichide, litri sau altceva) trece din deschiderea robinetului într-o anumită perioadă de timp (de obicei secunde sau minute). Această sumă este considerată debitul de volum.
Termenul „debit de volum” se aplică aproape întotdeauna lichidelor și gazelor; solidele nu "curg", chiar dacă și ele se pot deplasa într-un ritm constant prin spațiu.
Ecuația debitului de volum
Ecuația de bază pentru problemele de acest fel este
Q = AV
Unde Q este debitul de volum, A este aria secțiunii transversale ocupată de materialul care curge și V este viteza medie a debitului. V este considerată o medie deoarece nu toate părțile unui fluid curgător se mișcă în același ritm. De exemplu, în timp ce urmăriți apele unui râu care se îndreaptă constant în aval la un număr dat de galoane pe secundă, observați că suprafața are curenți mai lenti aici și cei mai rapide acolo.
Secțiunea transversală este adesea un cerc cu probleme de debit, deoarece aceste probleme se referă adesea la conducte circulare. În aceste cazuri, găsiți zona A prin pătratul razei conductei (care este jumătate din diametru) și înmulțirea rezultatului cu constanta pi (π), care are o valoare de aproximativ 3.14159.
Unitățile de debit obișnuite (De la franceză pentru „sistemul internațional”), echivalentul cu „metrica” sunt litri pe secundă (L / s) sau mililitri pe minut (mL / min). Deoarece SUA au folosit de mult timp unități imperiale (engleze), este încă mult mai frecvent să vedem debitele de volum exprimate în galoane / zi, galoane / min (gpm) sau metri cubi pe secundă (cf.). Pentru a găsi debitele de volum în unitățile care nu sunt utilizate în mod obișnuit în acest scop, puteți utiliza un calculator online de debit precum cel din Resurse.
Rata debitului masic
Uneori, veți dori să știți nu doar volumul de fluid care se mișcă pe unitate de timp, ci și cantitatea de masă pe care o reprezintă. Acest lucru este în mod evident critic în inginerie, când trebuie să știm cât de multă greutate poate ține o conductă sau un alt conduct de fluid sau rezervor în siguranță.
Formula debitului de masă poate fi derivată din formula debitului de volum prin înmulțirea întregii ecuații cu densitatea fluidului, ρ. Aceasta rezultă din faptul că densitatea este împărțită în masă la volum, ceea ce înseamnă că masa este egală cu volumul de densitate. Ecuația fluxului de volum are deja unități de volum pe unitate de timp, deci pentru a obține masă pe unitate de timp, trebuie doar să înmulțiți prin densitate.
Ecuația debitului de masă este așadar
ṁ = ρAV
ṁsau „m-punct” este simbolul obișnuit pentru debitul de masă.
Probleme de debit de volum
Spuneți că vi s-a dat o conductă cu o rază de 0,1 m (10 cm, aproximativ 4 inci) și vi s-a spus că trebuie să folosiți această conductă pentru a scurge un rezervor de apă complet în mai puțin de o oră. Rezervorul este un cilindru cu o înălțime (h) de 3 metri și un diametru de 5 metri. Cât de rapid va avea nevoie ca curentul de apă să se deplaseze prin conductă, în m3/ s, pentru a finaliza această lucrare? Formula pentru volumul unui cilindru este π_r_2h.
Ecuația de interes este Q = AVși variabila pentru care rezolvați este V.
Mai întâi, calculați volumul de apă din rezervor, amintind că raza este jumătate din diametru:
π × (2,5 m)2 × 3 m = 58,9 m3
Apoi, determinați numărul de secunde într-o oră:
60 s / min × 60 min / oră = 3600 s
Determinați debitul de volum necesar:
Q = 58,9 m3/ 3600 s = 0,01636 m3/ s
Acum determinați zona A a conductei dvs. de scurgere:
π × (0.1)2 = 0,0314 m2
Astfel din ecuația pentru debitul de volum pe care îl aveți
V = Q/A
= 0,01636 m3/ s ÷ 0,0314 m2
= 0,52 m / s = 52 cm / s
Apa trebuie forțată prin conductă cu o viteză rapidă, dar plauzibilă, de aproximativ jumătate de metru, sau puțin peste 1,5 metri, pe secundă pentru a scurge corect rezervorul.