التدفق الحجمي: الحساب وما يؤثر عليه - جسدي - بدني - 2026

و تدفق حجم يحدد حجم السوائل التي تتدفق من خلال مقطع من قناة ويوفر قدرا من السرعة التي يسافر السوائل به. لذلك ، فإن قياسه مثير للاهتمام بشكل خاص في مجالات متنوعة مثل الصناعة والطب والبناء والبحث ، من بين أمور أخرى.

ومع ذلك ، فإن قياس سرعة السائل (سواء كان سائلًا أو غازًا أو خليطًا من الاثنين معًا) ليس بسيطًا مثل قياس سرعة إزاحة الجسم الصلب. لذلك ، يحدث أنه لمعرفة سرعة السائل من الضروري معرفة تدفقه.

يتم التعامل مع هذا والعديد من الأسئلة الأخرى المتعلقة بالسوائل من قبل فرع الفيزياء المعروف باسم ميكانيكا الموائع. يتم تعريف التدفق على أنه مقدار السائل الذي يمر عبره جزء من القناة ، سواء كان خط أنابيب ، أو خط أنابيب نفط ، أو نهر ، أو قناة ، أو قناة دم ، وما إلى ذلك ، مع مراعاة الوحدة الزمنية.

عادةً ما يتم حساب الحجم الذي يمر عبر منطقة معينة في وحدة زمنية ، ويسمى أيضًا التدفق الحجمي. يتم أيضًا تحديد تدفق الكتلة أو الكتلة الذي يمر عبر منطقة معينة في وقت معين ، على الرغم من أنه يتم استخدامه بشكل أقل تكرارًا من التدفق الحجمي.

عملية حسابية

يتم تمثيل معدل التدفق الحجمي بالحرف Q. بالنسبة للحالات التي يتحرك فيها التدفق بشكل عمودي على قسم الموصل ، يتم تحديده بالصيغة التالية:

س = أ = ف / ت

في هذه الصيغة ، A هو قسم الموصل (هو متوسط ​​سرعة السائل) ، V هو الحجم و t هو الوقت. نظرًا لأن منطقة أو قسم الموصل في النظام الدولي يقاس بالمتر ² والسرعة بوحدة م / ث ، يقاس التدفق بوحدة م ³ / ث.

بالنسبة للحالات التي تخلق فيها سرعة إزاحة السائل زاوية θ مع الاتجاه العمودي لقسم السطح A ، يكون التعبير لتحديد معدل التدفق كما يلي:

س = أ كوس θ

هذا يتفق مع المعادلة السابقة ، لأنه عندما يكون التدفق عموديًا على المنطقة A ، θ = 0 ، وبالتالي ، cos θ = 1.

المعادلات أعلاه صحيحة فقط إذا كانت سرعة السائل موحدة وإذا كانت مساحة المقطع مسطحة. خلاف ذلك ، يتم حساب التدفق الحجمي من خلال التكامل التالي:

س = ∫∫ _s vd S.

في هذا التكامل dS هو متجه السطح ، يحدده التعبير التالي:

دس = ن دس

هناك ، n هو متجه الوحدة الطبيعي لسطح مجرى الهواء و dS هو عنصر تفاضلي سطحي.

معادلة الاستمرارية

من خصائص السوائل غير القابلة للضغط أن كتلة السائل تُحفظ بواسطة قسمين. لهذا السبب ، يتم استيفاء معادلة الاستمرارية ، والتي تنشئ العلاقة التالية:

ρ ₁ أ ₁ فولت ₁ = ρ ₂ أ ₂ فولت ₂

في هذه المعادلة ρ هي كثافة السائل.

بالنسبة لحالات الأنظمة في التدفق الدائم ، حيث تكون الكثافة ثابتة ، وبالتالي ، فإنه مقتنع بأن ρ ₁ = ρ ₂ ، يتم اختزالها إلى التعبير التالي:

أ ₁ فولت ₁ = أ ₂ فولت ₂

هذا يعادل التأكيد على أن التدفق محفوظ ، وبالتالي:

س ₁ = س ₂.

من الملاحظة المذكورة أعلاه ، يترتب على ذلك أن السوائل تتسارع عندما تصل إلى قسم أضيق من القناة ، بينما تتباطأ عندما تصل إلى قسم أوسع من القناة. هذه الحقيقة لها تطبيقات عملية مثيرة للاهتمام ، لأنها تسمح باللعب بسرعة حركة السائل.

مبدأ برنولي

يحدد مبدأ برنولي أنه بالنسبة للسائل المثالي (أي السائل الذي ليس له لزوجة ولا احتكاك) يتحرك في الدورة الدموية عبر قناة مغلقة ، تظل طاقته ثابتة طوال إزاحته بالكامل.

في النهاية ، مبدأ برنولي ليس أكثر من صياغة لقانون حفظ الطاقة لتدفق السائل. وبالتالي ، يمكن صياغة معادلة برنولي على النحو التالي:

h + v ² / 2g + P / g = ثابت

في هذه المعادلة ، h هو الارتفاع و g هو تسارع الجاذبية.

تأخذ معادلة برنولي في الاعتبار طاقة المائع في أي لحظة ، طاقة تتكون من ثلاثة مكونات.

- مكون حركي يتضمن الطاقة ، بسبب السرعة التي يتحرك بها السائل.

- مكون ناتج عن جهد الجاذبية ، نتيجة لارتفاع المائع.

- أحد مكونات طاقة التدفق ، وهي الطاقة التي يمتلكها السائل بسبب الضغط.

في هذه الحالة ، يتم التعبير عن معادلة برنولي على النحو التالي:

h ρ g + (v ² ρ) / 2 + P = ثابت

منطقيًا ، في حالة وجود مائع حقيقي ، لا يتم الوفاء بالتعبير عن معادلة برنولي ، حيث تحدث خسائر الاحتكاك في إزاحة السائل ومن الضروري اللجوء إلى معادلة أكثر تعقيدًا.

ما الذي يؤثر على التدفق الحجمي؟

سوف يتأثر التدفق الحجمي إذا كان هناك انسداد في القناة.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يتغير معدل التدفق الحجمي أيضًا بسبب الاختلافات في درجة الحرارة والضغط في السائل الحقيقي الذي يتحرك عبر قناة ، خاصةً إذا كان هذا غازًا ، نظرًا لأن الحجم الذي يشغله الغاز يختلف كدالة لـ درجة الحرارة والضغط الذي هو عليه.

طريقة بسيطة لقياس التدفق الحجمي

إن الطريقة البسيطة حقًا لقياس التدفق الحجمي هي السماح للسائل بالتدفق إلى خزان القياس لفترة زمنية محددة.

هذه الطريقة بشكل عام ليست عملية للغاية ، ولكن الحقيقة هي أنها بسيطة للغاية وتوضيحية للغاية لفهم معنى وأهمية معرفة معدل تدفق السائل.

بهذه الطريقة ، يُسمح للسائل بالتدفق إلى خزان القياس لفترة من الزمن ، ويتم قياس الحجم المتراكم وتقسم النتيجة التي تم الحصول عليها على الوقت المنقضي.

المراجع

1. التدفق (السائل) (بدون تاريخ). على ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 15 أبريل 2018 ، من es.wikipedia.org.
2. معدل التدفق الحجمي (الثانية). على ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 15 أبريل 2018 ، من en.wikipedia.org.
3. إنجينيرز إيدج ، ذ. "معادلة معدل التدفق الحجمي للسوائل". حافة المهندسين
4. موت ، روبرت (1996). "واحد". ميكانيكا الموائع التطبيقية (الطبعة الرابعة). المكسيك: تعليم بيرسون.
5. باتشلور ، جي كي (1967). مقدمة لديناميكيات السوائل. صحافة جامعة كامبرج.
6. لانداو ، LD ؛ ليفشيتز ، إم (1987). ميكانيكا الموائع. دورة الفيزياء النظرية (الطبعة الثانية). مطبعة بيرغامون.