LƯU LƯỢNG THỂ TÍCH: TÍNH TOÁN VÀ NHỮNG GÌ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NÓ - VẬT LÝ - 2026

Lưu lượng thể tích xác định thể tích của chất lỏng chảy qua một phần của ống dẫn và cung cấp một số đo tốc độ mà chất lỏng di chuyển qua nó. Do đó, phép đo của nó đặc biệt thú vị trong các lĩnh vực đa dạng như công nghiệp, y học, xây dựng và nghiên cứu, trong số những lĩnh vực khác.

Tuy nhiên, việc đo tốc độ của một chất lỏng (có thể là chất lỏng, chất khí hoặc hỗn hợp của cả hai) không đơn giản như đo tốc độ dịch chuyển của một vật rắn. Do đó, điều xảy ra là để biết tốc độ của chất lỏng thì cần phải biết dòng chảy của nó.

Câu hỏi này và nhiều câu hỏi khác liên quan đến chất lỏng được giải quyết bởi nhánh vật lý được gọi là cơ học chất lỏng. Lưu lượng được định nghĩa là lượng chất lỏng mà một đoạn ống dẫn đi qua, có thể là đường ống dẫn, đường ống dẫn dầu, sông, kênh đào, đường ống dẫn máu, v.v., tính đến một đơn vị thời gian.

Thông thường thể tích đi qua một khu vực nhất định trong một đơn vị thời gian được tính hay còn gọi là lưu lượng thể tích. Khối lượng hoặc lưu lượng khối lượng đi qua một khu vực nhất định tại một thời điểm cụ thể cũng được xác định, mặc dù nó được sử dụng ít thường xuyên hơn so với lưu lượng thể tích.

Phép tính

Lưu lượng thể tích được biểu thị bằng chữ Q. Đối với trường hợp dòng chuyển động vuông góc với tiết diện dây dẫn, nó được xác định theo công thức sau:

Q = A = V / t

Trong công thức này, A là tiết diện của dây dẫn (nó là tốc độ trung bình của chất lỏng), V là thể tích và t là thời gian. Vì trong hệ thống quốc tế, diện tích hoặc tiết diện của dây dẫn được đo bằng m ² và vận tốc bằng m / s, dòng chảy được đo bằng m ³ / s.

Đối với trường hợp vận tốc của chất lỏng chuyển động tạo với phương một góc θ với phương vuông góc với mặt cắt A, biểu thức xác định tốc độ dòng chảy như sau:

Q = A cos θ

Điều này phù hợp với phương trình trước đó, vì khi dòng chảy vuông góc với khu vực A, θ = 0 và do đó, cos θ = 1.

Các phương trình trên chỉ đúng nếu vận tốc của chất lỏng là đều và nếu diện tích của mặt cắt là phẳng. Nếu không, lưu lượng thể tích được tính thông qua tích phân sau:

Q = ∫∫ _s vd S

Trong tích phân này, dS là vectơ bề mặt, được xác định bởi biểu thức sau:

dS = n dS

Ở đó, n là véc tơ đơn vị pháp tuyến của bề mặt ống dẫn và dS là phần tử vi phân bề mặt.

Phương trình liên tục

Một đặc điểm của chất lỏng không nén được là khối lượng của chất lỏng được bảo toàn bằng hai phần. Vì lý do này, phương trình liên tục được thỏa mãn, thiết lập mối quan hệ sau:

ρ ₁ A ₁ V ₁ = ρ ₂ A ₂ V ₂

Trong phương trình này, ρ là khối lượng riêng của chất lỏng.

Đối với các trường hợp của chế độ trong thông lượng vĩnh cửu, trong đó mật độ là không đổi và do đó, thỏa mãn rằng ρ ₁ = ρ ₂ , nó được rút gọn thành biểu thức sau:

A ₁ V ₁ = A ₂ V ₂

Điều này tương đương với việc khẳng định rằng dòng chảy được bảo tồn và do đó:

Q ₁ = Q ₂ .

Từ quan sát ở trên, chất lỏng tăng tốc khi chúng đến đoạn hẹp hơn của ống dẫn, trong khi chúng giảm tốc độ khi đến đoạn rộng hơn của ống. Thực tế này có những ứng dụng thực tế thú vị, vì nó cho phép chơi với tốc độ chuyển động của chất lỏng.

nguyên lý của Bernoulli

Nguyên lý Bernoulli xác định rằng đối với một chất lỏng lý tưởng (nghĩa là chất lỏng không có độ nhớt cũng như ma sát) chuyển động tuần hoàn trong một ống dẫn kín, thì năng lượng của nó không đổi trong toàn bộ chuyển vị của nó.

Cuối cùng, nguyên tắc của Bernoulli không gì khác hơn là việc xây dựng Định luật Bảo toàn Năng lượng cho dòng chảy của chất lỏng. Do đó, phương trình Bernoulli có thể được xây dựng như sau:

h + v ² / 2g + P / ρg = hằng số

Trong phương trình này, h là độ cao và g là gia tốc do trọng trường.

Phương trình Bernoulli tính đến năng lượng của chất lỏng tại bất kỳ thời điểm nào, một năng lượng bao gồm ba thành phần.

- Thành phần động năng bao gồm năng lượng do tốc độ chất lỏng chuyển động.

- Một thành phần được tạo ra bởi thế năng trọng trường, là hệ quả của độ cao mà chất lỏng tại đó.

- Một thành phần của năng lượng dòng chảy, là năng lượng mà chất lỏng sở hữu do áp suất.

Trong trường hợp này, phương trình Bernoulli được biểu diễn như sau:

h ρ g + (v ² ρ) / 2 + P = hằng số

Về mặt logic, trong trường hợp chất lỏng thực, biểu thức của phương trình Bernoulli không được đáp ứng, vì tổn thất ma sát xảy ra trong chuyển vị chất lỏng và cần phải sử dụng một phương trình phức tạp hơn.

Điều gì ảnh hưởng đến lưu lượng thể tích?

Lưu lượng thể tích sẽ bị ảnh hưởng nếu có tắc nghẽn trong ống dẫn.

Ngoài ra, tốc độ dòng thể tích cũng có thể thay đổi do sự thay đổi của nhiệt độ và áp suất trong chất lỏng thực di chuyển qua một ống dẫn, đặc biệt nếu đây là chất khí, vì thể tích mà chất khí chiếm giữ thay đổi như một hàm của nhiệt độ và áp suất tại đó.

Phương pháp đơn giản để đo lưu lượng thể tích

Một phương pháp thực sự đơn giản để đo lưu lượng thể tích là để chất lỏng chảy vào bình định lượng trong một khoảng thời gian nhất định.

Phương pháp này nhìn chung không thực tế lắm, nhưng sự thật là nó cực kỳ đơn giản và rất minh họa để hiểu ý nghĩa và tầm quan trọng của việc biết tốc độ dòng chảy của chất lỏng.

Bằng cách này, chất lỏng được phép chảy vào bể định lượng trong một khoảng thời gian, thể tích tích lũy được đo và kết quả thu được chia cho thời gian đã trôi qua.

Người giới thiệu

1. Dòng chảy (Chất lỏng) (nd). Trên Wikipedia. Được truy cập vào ngày 15 tháng 4 năm 2018, từ es.wikipedia.org.
2. Tốc độ dòng thể tích (nd). Trên Wikipedia. Truy cập ngày 15 tháng 4 năm 2018, từ en.wikipedia.org.
3. Kỹ sư Edge, LLC. "Phương trình tốc độ dòng thể tích chất lỏng". Engineers Edge
4. Mott, Robert (1996). "một". Cơ học chất lỏng ứng dụng (xuất bản lần thứ 4). Mexico: Pearson Education.
5. Batc started, GK (1967). Giới thiệu về Động lực học Chất lỏng. Nhà xuất bản Đại học Cambridge.
6. Landau, LD; Lifshitz, EM (1987). Cơ học chất lỏng. Khóa học Vật lý lý thuyết (xuất bản lần thứ 2). Pergamon Press.