体積流量の計算方法

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著者: Judy Howell
作成日: 26 J 2021
更新日: 14 11月 2024
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流体力学第14回 流量【機械工学】
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体積流量は、物理学では、質量ではなく物理的次元で物質が単位時間あたりに空間を移動する量を表す用語です。たとえば、台所の蛇口を運転すると、一定量の水(液体のオンス、リットルなど)が一定の時間(通常は数秒または数分)で蛇口の開口部から流れ出します。この量は、体積流量と見なされます。

「体積流量」という用語は、ほとんど常に液体と気体に適用されます。固体は、空間内を一定の速度で移動する場合でも、「流れ」ません。

体積流量方程式

この種の問題の基本的な方程式は

Q = AV

どこ Q 体積流量です A 流動材料が占める断面積であり、 V 流れの平均速度です。 V 流れる流体のすべての部分が同じ速度で動くわけではないため、平均と見なされます。たとえば、川の水が一定のガロン数/秒で下流に着実に流れているのを見ると、表面の流れがここで遅く、流れが速いことに気づきます。

これらの問題は多くの場合、円形パイプに関係するため、断面積は体積流量の問題ではしばしば円になります。これらのインスタンスでは、エリアを見つけます A パイプの半径(直径の半分)を2乗して、結果に約3.14159の値を持つ定数pi(π)を掛けます。

通常のSI(「国際システム」のフランス語から「メトリック」に相当)の流量単位は、リットル/秒(L / s)またはミリリットル/分(mL / min)です。米国では長い間(英国)単位を使用してきたため、1ガロン/日、1ガロン/分(gpm)、または1秒あたりの立方フィート(cfs)で表される体積流量を表示することは、はるかに一般的です。この目的で一般的に使用されない単位で体積流量を検索するには、参考文献にあるようなオンライン流量計算機を使用できます。

質量流量

場合によっては、単位時間あたりに移動する流体の量だけでなく、これが表す質量の量を知りたいことがあります。これは、特定のパイプまたは他の流体導管またはリザーバが安全に保持できる重量を知る必要がある場合、エンジニアリングにおいて明らかに重要です。

質量流量の式は、式全体に流体の密度を掛けることにより、体積流量の式から導き出すことができます。 ρ。これは、密度が質量を体積で割ったものであるという事実に基づいています。これは、質量が密度と体積の積に等しいことも意味します。体積流量方程式には既に単位時間あたりの体積の単位があるため、単位時間あたりの質量を取得するには、単に密度を掛ける必要があります。

したがって、質量流量式は

= ρAV

、または「m-ドット」は、質量流量の通常の記号です。

体積流量の問題

半径0.1 m(10 cm、約4インチ)のパイプが与えられ、このパイプを使用して1時間未満で水タンク全体を排水する必要があると言われたとします。タンクは、高さ(h)3メートル、直径5メートル。水の流れがパイプを移動するのに必要な速度(m)3/ s、この仕事を終わらせるために?円柱の体積の式はπ_r_です2h.

関心のある方程式は Q = AV、そしてあなたが解決しようとしている変数は V.

最初に、半径が直径の半分であることを覚えて、タンク内の水の量を計算します。

π×(2.5 m)2 ×3 m = 58.9 m3

次に、1時間の秒数を決定します。

60秒/分×60分/時間=​​ 3600秒

必要な体積流量を決定します。

Q = 58.9 m3/ 3600秒= 0.01636 m3/ s

次に、エリアを決定します A あなたの排水管の:

π × (0.1)2 = 0.0314 m2

したがって、体積流量の方程式から

V = Q/A

= 0.01636 m3/ s÷0.0314 m2

= 0.52 m / s = 52 cm / s

タンクを適切に排水するために、毎秒約0.5メートル、または1.5フィートを少し超える速度で、もっともらしいと思われる速度でパイプに水を強制的に送らなければなりません。