静力学および力学、特に流体の研究における主要な原理の1つは、質量の保存です。この原則は、質量は作成も破壊もされないことを示しています。工学分析では、この原理の結果として、制御ボリュームとも呼ばれる所定のボリューム内の物質の量は一定のままです。質量流束は、制御ボリュームを出入りする質量の量の測定値です。質量流束を計算するための支配方程式は、連続方程式です。
コントロールボリュームを定義します。たとえば、航空工学の一般的な制御ボリュームは、風洞試験セクションです。これは通常、長方形または円形の断面ダクトで、大きな面積から小さな面積に徐々に減少します。このタイプの制御ボリュームの別名はノズルです。
質量流束を測定する断面積を決定します。通過する速度ベクトルが領域に垂直であれば計算は簡単ですが、これは必須ではありません。ノズルの場合、断面積は通常、入口または出口です。
断面積を通過する流れの速度を決定します。ノズルのように、速度ベクトルが垂直である場合、ベクトルの大きさのみを取得する必要があります。
ベクトルR =(r1)i +(r2)j +(r3)k大きさR = sqrt(r1 ^ 2 + r2 ^ 2 + r3 ^ 2)
断面積での質量流量の密度を決定します。流れが非圧縮性の場合、密度は全体を通して一定になります。理論上の問題でよくあるように、密度がまだ利用できない場合は、熱電対やピトー管などの特定のラボ機器を使用して、質量を測定するポイントで温度(T)と圧力(p)を測定する必要がありますフラックス。次に、完全な気体方程式を使用して密度(ρ)を計算できます。
p =(ロー)RT
ここで、Rはフロー材料に固有の完全なガス定数です。
連続性方程式を使用して、表面での質量流束を計算します。連続方程式は質量保存の原理に基づいており、通常次のように与えられます:
フラックス=(ロー)* A * V
「rho」は密度、「A」は断面積、「V」は測定される表面の速度です。たとえば、半径3フィートの円形の入口を持つノズルがある場合、A = pi * r ^ 2 = 3.14159 * 3 ^ 2 = 28.27平方フィートです。流れが12 ft / sで移動しており、密度を0.0024 slugs / ft ^ 3と決定した場合、質量流束は次のようになります。
0.0024 * 28.7 * 12 = 4132.8スラッグ/秒