VOLUMESTROOM: BEREKENING EN WAT HIEROP VAN INVLOED IS - FYSIEK - 2025

De volumestroom bepaalt het volume vloeistof dat door een gedeelte van de leiding stroomt en geeft een maat voor de snelheid waarmee het fluïdum erdoorheen beweegt. Daarom is de meting vooral interessant in uiteenlopende gebieden, zoals onder meer de industrie, de geneeskunde, de bouw en het onderzoek.

Het meten van de snelheid van een vloeistof (of het nu een vloeistof, een gas of een mengsel van beide is) is niet zo eenvoudig als het meten van de verplaatsingssnelheid van een vast lichaam. Daarom komt het voor dat om de snelheid van een vloeistof te kennen, het nodig is om de stroom ervan te kennen.

Deze en vele andere vragen met betrekking tot vloeistoffen worden behandeld door de tak van de fysica die bekend staat als vloeistofmechanica. Stroming wordt gedefinieerd als hoeveel vloeistof een sectie van een leiding passeert, of het nu een pijpleiding, een oliepijpleiding, een rivier, een kanaal, een bloedleiding, etc. is, rekening houdend met een tijdseenheid.

Gewoonlijk wordt het volume berekend dat in een tijdseenheid door een bepaald gebied gaat, ook wel volumestroom genoemd. De massa of massastroom die op een bepaald tijdstip door een bepaald gebied gaat, wordt ook gedefinieerd, hoewel deze minder vaak wordt gebruikt dan de volumestroom.

Berekening

De volumestroom wordt weergegeven door de letter Q. Voor de gevallen waarin de stroom loodrecht op het geleidergedeelte beweegt, wordt deze bepaald met de volgende formule:

Q = A = V / t

In deze formule is A het gedeelte van de geleider (het is de gemiddelde snelheid van de vloeistof), V is het volume en t is de tijd. Aangezien in het internationale systeem de oppervlakte of sectie van de geleider wordt gemeten in m ² en de snelheid in m / s, wordt de stroming gemeten in m ³ / s.

Voor de gevallen waarin de snelheid van de vloeistofverplaatsing een hoek θ creëert met de richting loodrecht op het oppervlaktegedeelte A, is de uitdrukking om het debiet te bepalen de volgende:

Q = A cos θ

Dit is consistent met de vorige vergelijking, want wanneer de stroming loodrecht op gebied A staat, θ = 0 en bijgevolg cos θ = 1.

De bovenstaande vergelijkingen zijn alleen waar als de snelheid van de vloeistof gelijkmatig is en als het gebied van de sectie vlak is. Anders wordt de volumestroom berekend via de volgende integraal:

Q = ∫∫ _s vd S

In deze integraal is dS de oppervlaktevector, bepaald door de volgende uitdrukking:

dS = n dS

Daar is n de eenheidsvector loodrecht op het kanaaloppervlak en is dS een oppervlaktedifferentiaalelement.

Continuïteitsvergelijking

Kenmerkend voor onsamendrukbare vloeistoffen is dat de massa van de vloeistof wordt behouden door middel van twee secties. Om deze reden is aan de continuïteitsvergelijking voldaan, die de volgende relatie tot stand brengt:

ρ ₁ EEN ₁ V ₁ = ρ ₂ EEN ₂ V ₂

In deze vergelijking is ρ de dichtheid van de vloeistof.

Voor de gevallen van regimes in permanente flux, waarin de dichtheid constant is en daarom is voldaan dat ρ ₁ = ρ ₂ , wordt deze teruggebracht tot de volgende uitdrukking:

EEN ₁ V ₁ = EEN ₂ V ₂

Dit komt overeen met bevestigen dat de stroom behouden blijft en daarom:

Q ₁ = Q ₂ .

Uit de observatie van het bovenstaande volgt dat vloeistoffen versnellen wanneer ze een smaller gedeelte van een leiding bereiken, terwijl ze vertragen wanneer ze een breder gedeelte van een leiding bereiken. Dit feit heeft interessante praktische toepassingen, omdat het spelen met de bewegingssnelheid van een vloeistof mogelijk maakt.

Bernoulli's principe

Het principe van Bernoulli bepaalt dat voor een ideale vloeistof (dat wil zeggen een vloeistof die noch viscositeit noch wrijving heeft) die in circulatie door een gesloten leiding beweegt, zijn energie constant blijft gedurende zijn gehele verplaatsing.

Uiteindelijk is het principe van Bernoulli niets meer dan de formulering van de wet van behoud van energie voor de stroming van een vloeistof. De Bernoulli-vergelijking kan dus als volgt worden geformuleerd:

h + v ² / 2g + P / ρg = constant

In deze vergelijking is h de hoogte en is g de versnelling als gevolg van de zwaartekracht.

De Bernoulli-vergelijking houdt rekening met de energie van een vloeistof op elk moment, een energie die uit drie componenten bestaat.

- Een kinetische component die energie bevat, vanwege de snelheid waarmee de vloeistof beweegt.

- Een component gegenereerd door het gravitatiepotentieel, als gevolg van de hoogte waarop de vloeistof zich bevindt.

- Een onderdeel van de stromingsenergie, dat is de energie die een vloeistof door druk bezit.

In dit geval wordt de vergelijking van Bernoulli als volgt uitgedrukt:

h ρ g + (v ² ρ) / 2 + P = constant

Logischerwijs wordt in het geval van een echt fluïdum niet voldaan aan de uitdrukking van de Bernoulli-vergelijking, aangezien wrijvingsverliezen optreden bij de fluïdumverplaatsing en het noodzakelijk is toevlucht te nemen tot een meer complexe vergelijking.

Wat beïnvloedt de volumestroom?

De volumestroom wordt beïnvloed als er een verstopping in het kanaal is.

Bovendien kan het volumetrische debiet ook veranderen door variaties in temperatuur en druk in de echte vloeistof die door een leiding beweegt, vooral als dit een gas is, aangezien het volume dat een gas inneemt, varieert als een functie van de temperatuur en druk waarbij het is.

Eenvoudige methode om volumestroom te meten

Een heel eenvoudige methode om de volumestroom te meten, is om een ​​vloeistof een bepaalde tijd in een doseertank te laten stromen.

Deze methode is over het algemeen niet erg praktisch, maar de waarheid is dat het buitengewoon eenvoudig en zeer illustratief is om de betekenis en het belang van het kennen van de stroomsnelheid van een vloeistof te begrijpen.

Op deze manier laat men de vloeistof een tijdlang in een doseertank stromen, wordt het opgebouwde volume gemeten en wordt het verkregen resultaat gedeeld door de verstreken tijd.

Referenties

1. Flow (vloeistof) (nd). Op Wikipedia. Opgehaald op 15 april 2018, via es.wikipedia.org.
2. Volumestroom (nd). Op Wikipedia. Opgehaald op 15 april 2018, via en.wikipedia.org.
3. Engineers Edge, LLC. ‘Vloeistofvolumestroomtariefvergelijking’. Ingenieurs Edge
4. Mott, Robert (1996). "een". Toegepaste vloeistofmechanica (4e editie). Mexico: Pearson Education.
5. Batchelor, GK (1967). Een inleiding tot vloeistofdynamica. Cambridge University Press.
6. Landau, LD; Lifshitz, EM (1987). Vloeistofmechanica. Cursus Theoretische Fysica (2e ed.). Pergamon Press.