Eines der Hauptprinzipien bei der Untersuchung von Statik und Dynamik, insbesondere in Flüssigkeiten, ist die Erhaltung der Masse. Dieses Prinzip besagt, dass Masse weder erzeugt noch zerstört wird. In der technischen Analyse bleibt die Materiemenge innerhalb eines vorgegebenen Volumens, das manchmal als Kontrollvolumen bezeichnet wird, aufgrund dieses Prinzips konstant. Der Massenfluss ist die Messung der Menge an Masse, die in das oder aus dem Kontrollvolumen gelangt. Die maßgebliche Gleichung zur Berechnung des Massenflusses ist die Kontinuitätsgleichung.
Definieren Sie das Kontrollvolumen. Ein in der Luftfahrttechnik übliches Regelvolumen ist beispielsweise eine Windkanal-Teststrecke. Dies ist normalerweise ein Kanal mit rechteckigem oder kreisförmigem Querschnitt, der von einer größeren Fläche zu einer kleineren Fläche allmählich abnimmt. Ein anderer Name für diese Art von Kontrollvolumen ist eine Düse.
Bestimmen Sie die Querschnittsfläche, durch die Sie den Massenfluss messen. Die Berechnungen sind einfacher, wenn die durchlaufenden Geschwindigkeitsvektoren senkrecht zur Fläche stehen, dies ist jedoch nicht erforderlich. Bei einer Düse ist die Querschnittsfläche üblicherweise der Einlass oder der Auslass.
Bestimmen Sie die Strömungsgeschwindigkeit durch die Querschnittsfläche. Wenn der Geschwindigkeitsvektor wie in einer Düse senkrecht ist, müssen Sie nur die Größe des Vektors messen.
Vektor R = (r1) i + (r2) j + (r3) k Betrag R = sqrt (r1 ^ 2 + r2 ^ 2 + r3 ^ 2)
Bestimmen Sie die Dichte des Massenstroms an der Querschnittsfläche. Wenn der Fluss inkompressibel ist, ist die Dichte durchgehend konstant. Wenn Ihnen die Dichte nicht bereits zur Verfügung steht, wie es bei theoretischen Problemen üblich ist, müssen Sie möglicherweise bestimmte Laborgeräte wie Thermoelemente oder Pitot-Röhrchen verwenden, um die Temperatur (T) und den Druck (p) an dem Punkt zu messen, an dem Sie die Masse messen möchten Fluss. Dann können Sie die Dichte (rho) mit der perfekten Gasgleichung berechnen:
p = (rho) RT
wobei R die perfekte Gaskonstante ist, die für das Strömungsmaterial spezifisch ist.
Verwenden Sie die Kontinuitätsgleichung, um den Massenfluss an der Oberfläche zu berechnen. Die Kontinuitätsgleichung ergibt sich aus dem Prinzip der Massenerhaltung und wird typischerweise wie folgt angegeben:
Fluss = (rho) * A * V
Wobei "rho" die Dichte ist, "A" die Querschnittsfläche ist und "V" die Geschwindigkeit an der zu messenden Oberfläche ist. Wenn Sie beispielsweise eine Düse mit einem kreisförmigen Einlass mit einem Radius von 3 Fuß hatten, ist A = pi * r ^ 2 = 3,14159 * 3 ^ 2 = 28,27 Quadratfuß. Wenn der Fluss mit 12 ft / s läuft und Sie die Dichte auf 0,0024 Nacktschnecken / ft ^ 3 festlegen, ist der Massenfluss:
0,0024 * 28,7 * 12 = 4132,8 Butzen / s