Sisu
Mahuvoolu kiirus on füüsikas kasutatav termin, mis kirjeldab, kui palju ainet - füüsikaliste mõõtmete, mitte massi osas - liigub ruumis ajaühiku kohta. Näiteks köögisegisti käitamisel väljub antud kogus vett (mida võiksite mõõta vedeliku untsides, liitrites või milleski muus) kraani avanemisest etteantud aja jooksul (tavaliselt sekundites või minutites). Seda kogust loetakse mahuvoolu kiiruseks.
Mõiste "mahuvoolu kiirus" kehtib peaaegu alati vedelike ja gaaside kohta; tahked ained ei "voola", ehkki ka nemad võivad kosmoses ühtlaselt liikuda.
Mahu voolukiiruse võrrand
Seda tüüpi probleemide põhivõrrand on
Q = AV
kus Q on ruumala voolukiirus, A on voolava materjali poolt kasutatav ristlõikepindala ja V on keskmine voolu kiirus. V loetakse keskmiseks, kuna mitte kõik voolava vedeliku osad ei liigu sama kiirusega. Näiteks kui te jälgite, kuidas jõe veed muutuvad kindlalt allavoolu kindla arvu gallonite kohta sekundis, siis märkate, et pinnal on siin aeglasemad ja seal kiiremad voolud.
Ristlõige on sageli vooluhulga probleemide ring, kuna need probleemid puudutavad sageli ümmargusi torusid. Nendel juhtudel leiate selle piirkonna A korrutades toru raadiuse (mis on poole läbimõõdust) ja korrutades tulemuse konstantse piga (π), mille väärtus on umbes 3.14159.
Tavaline SI (prantsuse keeles tähendab "rahvusvaheline süsteem", võrdub "meetriline") voolukiiruse ühikud on liitrid sekundis (L / s) või milliliitrid minutis (ml / min). Kuna USA on juba pikka aega kasutanud imperiaalseid (inglise keeles) ühikuid, on siiski palju tavalisem näha ruumala vooluhulka, mida väljendatakse gallonites päevas, gallonites minutis (gpm) või kuupjalgades sekundis (cfs). Mahu voolukiiruste leidmiseks ühikutes, mida sellel eesmärgil tavaliselt ei kasutata, võite kasutada veebipõhist voolukiiruse kalkulaatorit, nagu näiteks jaotises Ressursid.
Massvoolu kiirus
Mõnikord soovite teada mitte ainult ajaühikus liikuva vedeliku mahtu, vaid ka massi kogust, mida see tähistab. See on ilmselgelt tehnilises plaanis, kui peab olema teada, kui palju kaalu antud toru või muu vedelikukanal või mahuti ohutult mahutab.
Massi voolukiiruse valemi saab tuletada mahuvoolu kiiruse valemist, korrutades kogu võrrandi vedeliku tihedusega, ρ. See tuleneb asjaolust, et tihedus jagatakse massiga mahu järgi, mis tähendab ka seda, et mass võrdub tihedus ja maht. Mahuvoolu võrrandil on juba ruumalaühikud ajaühiku kohta, nii et massi saamiseks ajaühiku kohta peate lihtsalt korrutama tihedusega.
Seetõttu on massivoolukiiruse võrrand:
ṁ = ρAV
ṁvõi "m-punkt" on massivoolukiiruse tavaline sümbol.
Mahu voolukiiruse probleemid
Ütleme, et teile anti toru raadiusega 0,1 m (10 cm, umbes 4 tolli) ja öeldi, et peate selle toru kasutama kogu täisveepaagi tühjendamiseks vähem kui ühe tunni jooksul. Paak on kõrgusega silinder (h) 3 meetrit ja läbimõõduga 5 meetrit. Kui kiiresti peab veevool läbi toru liikuma, meetrites3/ s, et seda tööd teha? Silindri mahu valem on π_r_2h.
Huvivõrrand on Q = AV, ja muutuja, mida te lahendate, on V.
Kõigepealt arvutage vee maht paagis, pidades meeles, et raadius on pool läbimõõdust:
π × (2,5 m)2 × 3 m = 58,9 m3
Seejärel määrake sekundite arv tunnis:
60 s / min × 60 min / h = 3600 s
Määrake vajalik mahtvoolu kiirus:
Q = 58,9 m3/ 3600 s = 0,01636 m3/ s
Nüüd määrake piirkond A äravoolutoru
π × (0.1)2 = 0,0314 m2
Nii saate arvutatud vooluhulga võrrandi põhjal
V = Q/A
= 0,01636 m3/ s ÷ 0,0314 m2
= 0,52 m / s = 52 cm / s
Paagi nõuetekohaseks tühjendamiseks tuleb vett läbi toru suruda kiire, kuid usutava kiirusega umbes pool meetrit või pisut üle 1,5 jala sekundis.