Volumestroomsnelheid en dichtheid: effect, relatie, probleemvoorbeelden

In dit artikel gaan we in op de relatie tussen de volumestroom en de dichtheid.

In een procesindustrie is het meten van Doorvoersnelheid(zowel massa als volumetrische stroomsnelheden) van een vloeistof is erg belangrijk. Als we de dichtheid van de specifieke vloeistof kennen, kunnen we de volumestroomsnelheid omzetten in Massastroomsnelheid van een bepaalde pijpleiding en vice versa.

In sommige gevallen verdient het de voorkeur om de volumestroomsnelheid te meten in vergelijking met de massastroomsnelheid, aangezien volumestroommeters goedkoper zijn dan massastroommeters.

Maar als we de dichtheid van de vloeistof kennen, kunnen we de gemeten volumestroom eenvoudig omrekenen in termen van massastroom volgens de vereiste.

 Volumestroomsnelheid is de maat voor de hoeveelheid vloeistof die per tijdseenheid door een stroommeetinstrument gaat. Eenheden zijn liter/minuut, kubieke centimeter per minuut enz. Het wordt aangeduid met Q.

Dichtheid is de fysieke eigenschap van een materie die verwijst naar de massa in een eenheidsvolume. Eenheden zijn kilogram/kubieke meter, gram/kubieke meter enz. Het wordt aangegeven met ρ.

 Volumestroomsnelheid en dichtheidsrelatie:

Dichtheid, ρ=massa/volume=m/V

Volumestroomsnelheid, Q=V/t

Waar,

Q= Luchthoeveelheid m3/s of L/s .

V=Vloeistofvolume in liter of kubieke meter

=Gemiddelde stroomsnelheid in m/s

(Gemiddelde waarde wordt beschouwd omdat bij elk deel de snelheid van de vloeistof niet hetzelfde is)

A=Dwarsdoorsnede ingenomen door de bewegende vloeistof m².

Vandaar,

Q=Dwarsdoorsnede x Gemiddelde snelheid

Massastroomsnelheid is gegeven door

ṁ=Massa/Tijd=m/t

We weten dat, massa = dichtheid x Volume

m=ρ.V

Beide zijden vermenigvuldigen met t (tijd),

m/t= ρ.V/t=ρ.Q

Of,ṁ =ρ.Q

Als we de dichtheid van de vloeistof en de volumestroomsnelheid vermenigvuldigen, krijgen we de massastroomsnelheid van de vloeistof. In eenvoudige woorden massadebiet is de dichtheid maal het debiet.

Hoe de dichtheid te berekenen uit de volumetrische stroomsnelheid?

Dichtheid is een van de belangrijke fysieke eigenschappen en heeft invloed op de stroomsnelheden.

De dichtheid varieert afhankelijk van het type vloeistof en de atmosferische omstandigheden. Bijvoorbeeld de dichtheid van koud en warm water water zijn verschillend. Hoewel olie en water beide vloeibaar zijn, hebben ze een enorm verschil in dichtheid.

Volumestroomsnelheid wordt gegeven door

Q=V/t Eq(1)

Waar, V=Volume

t=Tijd

Volume, V=massa/dichtheid

Of V=m/ρ

Substituerende waarde van V in eq (1)

Q=m/ρ. T

ρ=m/Q . t Vgl (2)

ρ=massastroom/volumestroom         

Dichtheid en stroomsnelheid

De stroomsnelheid van een proceslijn is de snelheid waarmee een vloeistof er doorheen gaat.

Over het algemeen wordt de stroomsnelheid uitgedrukt in termen van massastroomsnelheid (kg/min) en volumestroomsnelheid (l/min). Dichtheid is de verhouding van massa tot volume (kg/m³).

De relatie tussen dichtheid en stroomsnelheid wordt als volgt gegeven:

Dichtheid,ρ=massastroom/volumestroom

Dichtheid (ρ) is de massa per volume-eenheid van een materiaal. Vloeistof met een hoge dichtheid betekent meer aantal moleculen per volume-eenheid, wat betekent dat er meer stroperig of zwaarder is en dat er meer energie nodig is om de vloeistof te verplaatsen, wat resulteert in een lage snelheid.

De dichtheid varieert direct met de druk en omgekeerd met de temperatuur. Aangezien vloeistoffen over het algemeen onsamendrukbaar van aard zijn, is er daarom geen invloed van druk op de dichtheidsmeting van vloeistof. Er hoeft alleen rekening te worden gehouden met temperatuurveranderingen.

Gassen zijn samendrukbaar van aard en de dichtheid van gassen verandert met variatie van temperatuur en druk.

Hoe is de dichtheid gerelateerd aan de stroomsnelheid?

Om processen in een industrie te beheersen en om maximale output uit een processpecifieke waarde van een vloeistofstroomsnelheid te halen, is altijd vereist.

Dichtheid is een van de fysische eigenschappen van een stof die wordt beïnvloed door temperatuurverandering. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt ook de kinetische energie van de moleculen van de stof toe, wat resulteert in een verandering in de dichtheid van de stof.

In een industrie worden verschillende stroommeetapparaten gebruikt om nauwkeurige metingen te krijgen. Om een ​​idee te krijgen van een stroomsnelheid van een vloeistof, moeten we ook kennis hebben van vloeistofdichtheid.

De dichtheid van een vloeistof varieert met de temperatuur, nu in industrieel proces, als de temperatuur verandert, leidt dit tot een afname van de dichtheid van de vloeistof, wat resulteert in een toename van het volume. Evenzo, wanneer de temperatuur daalt, neemt de volumetrische stroom af vanwege een hogere vloeistofdichtheid.

Deze variatie in de volumestroom als gevolg van variatie in temperatuur leidt tot onnauwkeurige boekhouding en massabalans van het proces. Om dezelfde industriële processen tegen te gaan, voert u normaal gesproken een procedure uit die temperatuurcompensatie van de stroom wordt genoemd.

In het geval van samendrukbare vloeistoffen (gassen), speelt samen met temperatuurdruk ook een significante invloed op de dichtheid van de vloeistof. Vandaar dat voor gassen de compenserende stroom rekening houdt met de dichtheidsverandering met zowel temperatuur als druk.

PV=nRT Eq(1)

Waar, n=m/M_w

ρ = m / V

Vanaf vergelijking 1,

ρ=PM_w/RT-eq(2)

• P = druk
• T = Temperatuur
• V = volume
• Mw = Moleculair gewicht
• n = aantal mol
• R = Gasconstante
• ρ = stoom- of gasdichtheid

Afhankelijk van de verschillende omstandigheden zullen we verschillende outputs krijgen voor ontwerp en echte situaties.

De ρ . gebruiken_Realen ρ_Design formules, kunnen we de formule voor de werkelijke dichtheid van het proces afleiden, rekening houdend met druk- en temperatuurcompensatie.

Hoe beïnvloedt de dichtheid de volumestroomsnelheid?

De verhouding van het volume van een stof en zijn massa staat bekend als dichtheid ρ.

Telkens wanneer we warmte toepassen op een vloeistof of gas, neemt de kinetische energie van de moleculen toe, waardoor ze een grotere ruimte bedekken, wat resulteert in een groter volume. Dit houdt in dat de dichtheid omgekeerd evenredig is met de temperatuur.

 Aan de andere kant, als er druk op een lichaam wordt uitgeoefend, wordt het samengedrukt, wat resulteert in een kleiner volume en een hogere dichtheid.

Om meer te weten over de stroomsnelheid (Klik Hier)

Problemen met betrekking tot stroomsnelheid en dichtheid

Example1: De dichtheid van de vloeistof is Een vloeistof stroomt door een buis met een binnenstraal van 6 cm met een snelheid van 12 m/s en de dichtheid 940 kg/m³.Bepaal het massadebiet van de stroom.

Oplossing:

Hier snelheid, v=12m/s, Straal van de leiding, r=6 cm, Dichtheid van vloeistof, ρ=940 kg/m³=

 Oppervlakte van de pijp=π. r²=π. 6² cm²= 113.04 cm²= 0.011304 m²

Volumestroom = Q= v. A=12 . 0.011304=0.1356 m³/s

Massastroomsnelheid, ṁ = Q . ρ=0.1356 m³/s . 940 kg/m²³=127.50kg/s.

Example2: Bepaal de snelheid van stromend water door een cirkelvormige leiding. Hier is de binnenstraal van de buis 2 cm en het debiet als water 0 m056/s is. Beschouw de dichtheid van water als ρ=3kg/m998.

Oplossing:

Hier Straal van de pijp, r=2 cm, Doorvoersnelheid, Q=0.056m3/s, Dichtheid, ρ=998 kg/m³

Oppervlakte van de pijp= π . r² = . 2² cm²= 12.56 cm²= 0.00125 m²

Massastroom, ṁ=Q . ρ =0.056 m³/s . 998 kg/m²³= 55.88 kg/s

Snelheid =ṁ /ρ .A=79.3m/s

Sangeeta Das

Ik ben Sangeeta Das. Ik heb mijn master Werktuigbouwkunde afgerond met specialisatie in IC-motoren en auto's. Ik heb ongeveer tien jaar ervaring in de industrie en de academische wereld. Mijn interessegebieden omvatten IC-motoren, aerodynamica en vloeistofmechanica. Je kunt me bereiken op