Inhalt
- Berechnung der Durchflussrate durch eine Öffnung
- Verwenden der Flussratenformel
- Durchflussberechnung mit Druck
Das Ermitteln des Wasserdurchsatzes aus einem Auslauf wie einem Gartenhahn oder einem Wasserhahn im Badezimmer ist eine einfache Übung, für die nur ein Eimer und ein Timer erforderlich sind. Die Berechnung der Durchflussmenge in einem offenen Trog wie einer Rinne oder einem Flussbett ist etwas komplizierter, und die Berechnung der Durchflussmenge einer Flüssigkeit in einem geschlossenen Rohr ist noch komplexer.
Die Durchflussformel lautet im Allgemeinen Q. = EIN × v, wo Q. ist die Durchflussrate, EIN ist die Querschnittsfläche an einem Punkt im Strömungsweg und v ist die Geschwindigkeit der Flüssigkeit an diesem Punkt. In einigen Situationen, wie zum Beispiel dem eines in einem Flussbett fließenden Wassers, wird gerechnet EIN ist schwierig, und das Beste, was Sie tun können, ist eine Annäherung. In anderen Fällen, z. B. bei einer Flüssigkeit, die in einem geschlossenen Rohr fließt, ist die Messung schwierig v, aber du musst nicht. Wenn Sie den Flüssigkeitsdruck messen können, können Sie das Poiseuilles-Gesetz anwenden.
Berechnung der Durchflussrate durch eine Öffnung
Wenn Sie die Durchflussrate durch eine Öffnung wie einen Zapfhahn oder einen Tropfstrahler kennen müssen, müssen Sie nur ein bestimmtes Volumen in einem Behälter ansammeln lassen und messen, wie lange es dauert, bis sich das Wasser ansammelt. Zum Beispiel können Sie die Durchflussrate an einem Zapfen messen, indem Sie Wasser in einen 5-Gallonen-Eimer füllen lassen und die Zeit aufzeichnen. Teilen Sie 5 durch die Zeit, die benötigt wurde, um die Anzahl der Gallonen pro Zeiteinheit zu erhalten. Wenn Sie die Zeit in Minuten messen, erhalten Sie das Ergebnis in Gallonen pro Minute.
Um die Durchflussrate von einer kleinen Öffnung wie der eines Tropfensenders zu messen, benötigen Sie einen viel kleineren Behälter wie ein Quartglas und eine längere Zeiteinheit, aber das Prinzip ist dasselbe. Tropfstrahler werden normalerweise in Gallonen pro Stunde angegeben. Ein Emitter, der 1 Gallone pro Stunde abgibt, füllt ein Quartglas in 15 Minuten.
Verwenden der Flussratenformel
Wenn Sie sehen können, wie die Flüssigkeit fließt, können Sie ihre Geschwindigkeit messen. Das bedeutet, dass Sie nur den Bereich benötigen, durch den die Flüssigkeit fließt, um die Durchflussrate mithilfe der Formel zu berechnen Q. = EIN × v.
Wenn die Flüssigkeit durch eine Öffnung oder eine durchsichtige Röhre fließt, besteht eine Möglichkeit zum Messen der Geschwindigkeit darin, Farbstoff als Marker einzuführen und festzulegen, wie lange der Farbstoff benötigt, um zwei Punkte zu passieren. Nach dem Messen des Radius des Rohrs oder der Öffnung können Sie die Fläche mit π_r_ berechnen.2, dann benutze v × EIN Durchfluss berechnen.
Um natürliche Merkmale wie ein Flussbett zu durchfließen, muss die Fläche angenähert werden. Angenommen, der tiefste Teil des Flusses ist der Radius eines halbzylindrischen Trogs. Berechnen Sie die Querschnittsfläche mit π_r_2, dann nimm die Hälfte davon und benutze sie für EIN in der Gleichung Q. = v × EIN um eine ungefähre Durchflussrate zu erhalten.
Durchflussberechnung mit Druck
Wenn eine Flüssigkeit durch ein geschlossenes Rohr fließt, kann man sie nicht sehen, also kann man ihre Geschwindigkeit nicht messen. Wenn Sie jedoch den Flüssigkeitsdruck messen können - was normalerweise mit einem Manometer einfach ist -, können Sie das Poiseuilles-Gesetz verwenden, um die Durchflussrate zu berechnen. Nach dem Poiseuilles-Gesetz beträgt die Durchflussmenge Q. ändert sich direkt mit der Druckdifferenz Δ_p_ zwischen den Enden des Rohres und der vierten Potenz des Radius des Rohres r4und es ändert sich umgekehrt mit der Rohrlänge L. Die Gleichung lautet:
Q = frac {π Delta pr ^ 4} {8μL}wo µ ist die Viskosität der Flüssigkeit.
Das Poiseuilles-Gesetz geht von einer laminaren (nicht turbulenten) Strömung aus, was bei niedrigen Drücken und kleinen Rohrdurchmessern eine sichere Annahme ist.