תוֹכֶן
קצב זרימת הנפח הוא מונח בפיזיקה המתאר עד כמה חומר - מבחינת הממדים הפיזיים, לא המסה - נע בחלל ליחידת זמן. לדוגמא, כשאתה מפעיל ברז מטבח, כמות נתונה של מים (שאתה יכול למדוד באונקיות נוזל, ליטר או משהו אחר) עוברת מפתיחת הברז בפרק זמן נתון (בדרך כלל שניות או דקות). כמות זו נחשבת לקצב זרימת הנפח.
המונח "קצב זרימת נפח" חל כמעט תמיד על נוזלים וגזים; מוצקים אינם "זורמים", למרות שגם הם עשויים לנוע בקצב קבוע בחלל.
משוואת קצב זרימת הנפח
המשוואה הבסיסית לבעיות מסוג זה היא
ש = AV
איפה ש הוא קצב זרימת הנפח, א הוא האזור החתכי שנכבש על ידי החומר הזורם, ו V היא מהירות הזרימה הממוצעת. V נחשב לממוצע מכיוון שלא כל חלק מנוזל זורם נע באותה קצב. לדוגמה, כשאתה צופה במימי נהר מפלס את דרכם בהתמדה במורד הזרם במספר נתון של גלונים בשנייה, אתה מבחין שבמשטח יש זרמים איטיים יותר כאן ומהירים יותר שם.
חתך הרוחב הוא לרוב מעגל בבעיות בקצב זרימת הנפח, מכיוון שלעיתים קרובות בעיות אלה נוגעות בצינורות עגולים. במקרים אלה אתה מוצא את האזור א על ידי ריבוע רדיוס הצינור (שהוא מחצית הקוטר) והכפלת התוצאה ב pi הקבוע (π), שיש לו ערך של בערך 3.14159.
ה- SI הרגיל (מהצרפתית עבור "מערכת בינלאומית", משולה ל"מטרי ") יחידות קצב הזרימה הן ליטר לשנייה (L / s) או מיליליטר לדקה (ml / דקה). מכיוון שארה"ב השתמשה זה מכבר ביחידות אימפריאליות (אנגלית), עם זאת, עדיין נפוץ הרבה יותר לראות את קצב זרימת הנפח המתבטא בגלונים ליום, גלונים / דקה (gpm) או קוב מעוקב לשנייה (cfs). כדי למצוא שיעורי זרימת נפח ביחידות שאינן נפוצות למטרה זו, אתה יכול להשתמש במחשבון קצב זרימה מקוון כמו זה שבמקורות.
קצב זרימה המוני
לפעמים, תרצו לדעת לא רק את נפח הנוזל הנע בכל זמן ליחידה, אלא את כמות המסה שזה מייצג. זה כמובן קריטי בהנדסה, כאשר צריך לדעת כמה משקל צינור נתון או צינור נוזל אחר או מאגר יכולים להחזיק בבטחה.
הנוסחה של קצב זרימת המסה יכולה להיות נגזרת מנוסחת קצב זרימת הנפח על ידי הכפלת המשוואה כולה בצפיפות הנוזל, ρ. זה נובע מהעובדה שהצפיפות היא המסה המחולקת לפי נפח, מה שאומר שגם המסה שווה לצפיפות פעמים בנפח. במשוואת זרימת הנפח יש כבר יחידות נפח לזמן יחידה, כך שכדי לקבל מסה לזמן יחידה, אתה פשוט צריך להכפיל בצפיפות.
משוואת קצב זרימת המסה היא אפוא
ṁ = ρAV
ṁ, או "נקודה m", הוא הסמל הרגיל לקצב זרימת המונים.
בעיות בקצב זרימת נפח
נניח שניתנה לך צינור ברדיוס של 0.1 מ '(10 ס"מ, בערך 4 אינץ') ונאמר לך שאתה צריך להשתמש בצינור הזה לניקוז מיכל מים מלא שלם תוך פחות משעה. המכל הוא גליל עם גובה (ח) של 3 מטר וקוטר של 5 מטר. כמה מהר צריך זרם המים לעבור דרך הצינור, בתוך מ '3/ ים, כדי לבצע את העבודה הזו? הנוסחה לנפח הצילינדר היא π_r_2ח.
משוואת הריבית היא ש = AV, והמשתנה שאתה פותר עבורו הוא V.
ראשית, חשב את נפח המים במיכל, תוך זכור כי הרדיוס הוא חצי הקוטר:
π × (2.5 מ ')2 × 3 מ '= 58.9 מ'3
לאחר מכן, קבע את מספר השניות בשעה:
60 שניות / דקה × 60 דקות לשעה = 3600 שניות
קבע את קצב זרימת הנפח הנדרש:
ש = 58.9 מ '3/ 3600 ש '= 0.01636 מ'3/ ים
כעת קבע את האזור א של צינור הניקוז שלך:
π × (0.1)2 = 0.0314 מ '2
כך מהמשוואה לקצב זרימת הנפח שיש לכם
V = ש/א
= 0.01636 מ '3/ s ÷ 0.0314 מ '2
= 0.52 מ ' ש' = 52 ס"מ / ש '
יש לאלץ מים דרך הצינור במהירות מהירה אך מתקבלת על הדעת של כחצי מטר, או קצת יותר ממטר וחצי לשנייה כדי לנקז את המכל כראוי.