圧力に基づいてパイプを通る水流を計算する方法

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著者: Judy Howell
作成日: 26 J 2021
更新日: 1 J 2024
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物理学では、丘の上の車、春の大衆、ループのジェットコースターを扱うエネルギー保存の問題をおそらく解決しました。パイプ内の水もエネルギーの節約の問題です。実際、それはまさに数学者ダニエル・ベルヌーイが1700年代に問題にどのようにアプローチしたかです。ベルヌーイの方程式を使用して、圧力に基づいてパイプを通る水の流れを計算します。

一端で既知の速度を使用した水の流れの計算

    すべての測定値をSI単位に変換します(合意された国際的な測定システム)。オンラインで変換表を検索し、圧力をPaに、密度をkg / m ^ 3に、高さをmに、速度をm / sに変換します。

    パイプへの初期速度またはパイプからの最終速度のいずれかで、目的の速度についてベルヌーイ方程式を解きます。

    ベルヌーイ方程式はP_1 + 0.5_p_(v_1)^ 2 + p_g_(y_1)= P_2 + 0.5_p_(v_2)^ 2 + p_g_y_2です。ここで、P_1とP_2はそれぞれ初期圧力と最終圧力、pは水の密度、v_1とv_2はそれぞれ初期速度と最終速度であり、y_1とy_2はそれぞれ初期と最終の高さです。パイプの中心から各高さを測定します。

    初期の水流を見つけるには、v_1を解きます。両側からP_1とp_g_y_1を減算し、0.5_pで除算します。両側の平方根をT_akeして、式v_1 = {÷(0.5p)} ^ 0.5を取得します。

    同様の計算を実行して、最終的な水流を見つけます。

    各変数の測定値を代入し(水の密度は1,000 kg / m ^ 3)、m / s単位で初期または最終の水流を計算します。

両端で未知の速度での水流の計算

    ベルヌーリス方程式のv_1とv_2の両方が不明な場合、質量保存を使用してv_1 = v_2A_2÷A_1またはv_2 = v_1A_1÷A_2に置き換えます。ここで、A_1とA_2はそれぞれ初期断面積と最終断面積です(m ^ 2で測定)。

    ベルヌーリス方程式のv_1(またはv_2)を解きます。初期の水流を見つけるには、両側からP_1、0.5_p_(v_1A_1÷A_2)^ 2、およびpgy_1を引きます。除算 。ここで、両側の平方根を取得して、方程式v_1 = {/} ^ 0.5を取得します。

    同様の計算を実行して、最終的な水流を見つけます。

    各変数の測定値を代入し、m / sの単位で初期または最終の水流を計算します。