المحتوى
العثور على معدل تدفق المياه من صنبور ، مثل حنفية الحديقة أو صنبور الحمام ، هو تمرين بسيط لا يتطلب أكثر من دلو وجهاز توقيت. يعد حساب معدل التدفق في حوض مفتوح ، مثل الحضيض أو مجرى النهر ، أكثر تعقيدًا قليلاً ، كما أن حساب معدل تدفق السائل داخل أنبوب مغلق يعد أكثر تعقيدًا.
صيغة معدل التدفق ، بشكل عام ، هي Q = أ × الخامس، أين Q هو معدل التدفق ، أ هي منطقة مستعرضة عند نقطة في مسار التدفق و الخامس هي سرعة السائل في تلك المرحلة. في بعض الحالات ، مثل المياه التي تتدفق في مجرى النهر ، حساب أ صعب ، وأفضل ما يمكنك فعله هو تقريب. في حالات أخرى ، مثل السائل الذي يتدفق في أنبوب مغلق ، يصعب قياسه الخامس، لكنك لست مضطرًا لذلك. إذا كنت تستطيع قياس ضغط السائل ، فيمكنك استخدام Poiseuilles Law.
حساب معدل التدفق من خلال فتحة
إذا كنت بحاجة إلى معرفة معدل التدفق من خلال فتحة ، مثل حنفية أو باعث بالتنقيط ، كل ما عليك فعله هو السماح لحجم معين بالتراكم في حاوية وقياس المدة التي يستغرقها التراكم. على سبيل المثال ، يمكنك قياس معدل التدفق من حنفية من خلال السماح للمياه لملء دلو 5 غالون وتسجيل الوقت. قسّم 5 على الوقت الذي استغرقته للحصول على عدد الغالونات لكل وحدة زمنية. إذا قمت بقياس الوقت بالدقائق ، فستحصل على النتيجة بالغالون في الدقيقة.
لقياس معدل التدفق من فتحة صغيرة ، مثل فتحة باعث بالتنقيط ، ستحتاج إلى حاوية أصغر بكثير ، مثل جرة الكوارت ، ووحدة زمنية أطول ، ولكن المبدأ هو نفسه. عادةً ما يتم تصنيف بواعث التنقيط في عدد الجالونات في الساعة التي تنبعث منها. والباعث الذي يخرج 1 غالون في الساعة سوف يملأ جرة الكوارت في 15 دقيقة.
باستخدام صيغة معدل التدفق
إذا تمكنت من رؤية تدفق السوائل ، فيمكنك قياس سرعته ، وهذا يعني أن كل ما تحتاجه هو المنطقة التي يتدفق عبرها السائل لحساب معدل التدفق باستخدام الصيغة Q = أ × الخامس.
إذا كان السائل يتدفق عبر فتحة أو أنبوب واضح ، فإن إحدى الطرق لقياس السرعة هي إدخال الصبغة كعلامة والوقت الذي تستغرقه الصبغة لتمرير نقطتين. بعد قياس نصف قطر الأنبوب أو الفتحة ، يمكنك حساب المساحة باستخدام π_r_2، ثم استخدام الخامس × أ لحساب معدل التدفق.
لتتدفق عبر الميزات الطبيعية ، مثل مجرى النهر ، يجب عليك تقريب المنطقة. افترض أن أعمق جزء من النهر هو نصف قطر حوض نصف أسطواني. حساب مساحة المقطع باستخدام π_r_2، ثم تأخذ نصف ذلك واستخدام ذلك ل أ في المعادلة Q = الخامس × أ للحصول على معدل تدفق تقريبي.
حساب معدل التدفق باستخدام الضغط
عندما يتدفق السائل عبر أنبوب مغلق ، لا يمكنك رؤيته ، لذلك لا يمكنك قياس سرعته. ومع ذلك ، إذا كنت تستطيع قياس ضغط السائل - وهو أمر سهل عادة ، باستخدام مقياس ضغط - فيمكنك استخدام Poiseuilles Law لحساب معدل التدفق. وفقا لقانون Poiseuilles ، فإن معدل التدفق Q يختلف مباشرة مع اختلاف الضغط Δ_p_ بين طرفي الأنبوب والقوة الرابعة لنصف قطر الأنبوب ص4، ويختلف عكسيا مع طول الأنبوب L. المعادلة هي:
Q = frac {π Delta pr ^ 4} {8μL}
أين µ هي لزوجة السائل.
يفترض قانون Poiseuilles تدفق الصفحي (غير المضطرب) ، وهو افتراض آمن عند ضغوط منخفضة وأقطار أنابيب صغيرة.