Objemový průtok a hustota: Účinek, vztah, příklady problémů

V tomto článku budeme diskutovat o vztahu mezi objemovým průtokem a hustotou.

Ve zpracovatelském průmyslu měření průtok(jak hmotnostní, tak objemové průtokové rychlosti) tekutiny je velmi důležité. Pokud známe hustotu konkrétní tekutiny, můžeme převést objemový průtok na Hmotnostní průtok konkrétního potrubí a naopak.

V některých případech je výhodné měřit objemový průtok ve srovnání s hmotnostním průtokem, protože zařízení pro měření objemového průtoku jsou levnější než zařízení pro měření hmotnostního průtoku.

Ale pokud známe hustotu tekutiny, můžeme snadno převést naměřený objemový průtok na hmotnostní průtok podle potřeby.

 Objemový průtok je míra množství jakékoli tekutiny procházející přístrojem pro měření průtoku za jednotku času. Jednotky jsou litr/minuta, kubické centimetry za minutu atd. Označuje se Q.

Hustota je fyzikální vlastnost hmoty, která se vztahuje k hmotnosti obsažené v jednotkovém objemu. Jednotky jsou kilogram/metr krychlový, gram/metr krychlový atd. Označuje se ρ.

 Vztah objemového průtoku a hustoty

Hustota, ρ=hmotnost/objem=m/V

Objemový průtok, Q=V/t

Kde,

Q= Objemový průtok m3/s nebo L/s .

V=Objem kapaliny v litrech nebo metrech krychlových

=Průměrná rychlost proudění vm/s

(Zvažuje se průměrná hodnota, protože při každé dílčí rychlosti tekutiny není stejná)

A = plocha průřezu, kterou zabírá pohybující se tekutina m².

Proto,

Q = plocha průřezu x průměrná rychlost

Hmotnostní průtok darováno

ṁ=Hmotnost/Čas=m/t

Víme to, hmotnost = hustota x objem

m=ρ.V

Vynásobením obou stran t (čas),

m/t= ρ.V/t=ρ.Q

Nebo,ṁ =ρ.Q

Vynásobíme-li hustotu tekutiny a její objemový průtok, dostaneme hmotnostní průtok tekutiny. Jednoduše řečeno hmotnostní průtok je hustota krát jeho objemový průtok.

Jak vypočítat hustotu z objemového průtoku?

Hustota je jednou z důležitých fyzikálních vlastností a má vliv na průtoky.

Hustota se liší podle typu kapaliny a atmosférických podmínek. Například hustota studené a horké vody voda je jiná. Přestože jsou olej i voda kapalné, mají obrovský rozdíl v hustotě.

Objemový průtok je dán

Q=V/t Eq(1)

Kde, V = objem

t = čas

Objem, V=hmotnost/hustota

Nebo V=m/ρ

Náhradní hodnota V v rovnici (1)

Q=m/ρ. t

ρ=m/Q. t Eq(2)

ρ = hmotnostní průtok/objemový průtok         

Hustota a průtok

Průtok procesní linkou je rychlost, jakou jí tekutina prochází.

Průtok se obecně vyjadřuje jako hmotnostní průtok (kg/min) a objemový průtok (l/min). Hustota je poměr hmotnosti k objemu (kg/m³).

Vztah mezi hustotou a průtokem je dán následovně:

Hustota,ρ=hmotnostní průtok/objemový průtok

Hustota (ρ) je hmotnost na jednotku objemu materiálu. Tekutina s vysokou hustotou znamená větší počet molekul na jednotku objemu, což znamená viskóznější nebo těžší a více energie je zapotřebí k pohybu kapaliny, což má za následek nízkou rychlost.

Hustota se mění přímo s tlakem a nepřímo s teplotou. Vzhledem k tomu, že kapaliny jsou obecně nestlačitelné, nemá tlak na měření hustoty kapaliny žádný vliv. Je třeba vzít v úvahu pouze změnu teploty.

Plyny jsou svou povahou stlačitelné a hustota plynů se mění se změnou teploty a tlaku.

Jak souvisí hustota s průtokem?

Vždy je vyžadováno řízení procesů v průmyslu a získání maximálního výkonu z hodnoty průtoku tekutiny specifické pro daný proces.

Hustota je jednou z fyzikálních vlastností látky, která je ovlivněna změnou teploty. S rostoucí teplotou se také zvyšuje kinetická energie molekul látky, což má za následek změnu hustoty látky.

K získání přesných měření se v průmyslu používají různá zařízení pro měření průtoku. Abychom získali představu o rychlosti průtoku tekutiny, měli bychom mít také znalosti o hustotě tekutiny.

Hustota tekutiny se mění s teplotou, nyní v průmyslovém procesu, pokud se teplota mění, vede to ke snížení hustoty tekutiny, což má za následek zvýšení objemu. Podobně, když teplota klesá, objemový průtok se snižuje v důsledku vyšší hustoty tekutiny.

Tato změna objemového toku v důsledku změn teploty vede k nepřesnému účtování a hmotnostní bilanci procesu. Aby bylo možné čelit stejným průmyslovým procesům, normálně provádějte postup zvaný teplotní kompenzace průtoku.

V případě stlačitelných tekutin (plynů) hraje spolu s teplotou významný vliv na hustotu tekutiny také tlak. Pro plyny tedy kompenzační proudění bere v úvahu změnu hustoty jak s teplotou, tak s tlakem.

PV=nRT Eq(1)

Kde, n=m/M_w

ρ = m / V

Z rovnice 1,

ρ=PM_w/RT Eq(2)

• P = tlak
• T = Teplota
• V = objem
• Mw = molekulová hmotnost
• n = Počet molů
• R = Plynová konstanta
• ρ = hustota páry nebo plynu

V závislosti na různých podmínkách získáme různé výstupy pro návrh a reálné situace.

Pomocí ρ_Nemovitýa ρ_Design vzorců, můžeme odvodit vzorec pro skutečnou hustotu procesu s ohledem na kompenzaci tlaku a teploty.

Jak hustota ovlivňuje objemový průtok?

Poměr objemu látky a její hmotnosti je známý jako hustota ρ.

Kdykoli aplikujeme teplo na kapalinu nebo plyn, kinetická energie molekul se zvyšuje, díky čemuž pokrývají větší prostor, což má za následek větší objem. To znamená, že hustota je nepřímo úměrná teplotě.

 Na druhou stranu, pokud je na tělo aplikován tlak, dochází ke stlačení, což má za následek menší objem a vyšší hustotu.

Chcete-li se dozvědět více o průtokové rychlosti (Klikněte zde)

Problémy související s průtokem a hustotou

Příklad1: Hustota kapaliny je Kapalina protéká potrubím o vnitřním poloměru 6 cm o rychlosti 12 m/s a hustotě 940 kg/m³.Určit hmotnostní průtok průtoku.

Řešení:

Zde rychlost, v=12m/s, Poloměr potrubí, r=6 cm, Hustota kapaliny, ρ=940 kg/m³=

 Plocha trubky=π. r²=π. 6² cm²= 113.04 cm²=0.011304 m²

Objemový průtok= Q= v. A=12. 0.011304 = 0.1356 m³/s

Hmotnostní průtok, ṁ = Q . p=0.1356 m³/s 940 kg/m³= 127.50 kg/s.

Příklad2: Určete rychlost proudící vody kruhovým potrubím. Zde je vnitřní poloměr potrubí 2 cm a průtok vody je 0 m056/s. Uvažujme hustotu vody jako ρ=3kg/m998.

Řešení:

Zde Poloměr trubky, r=2 cm, průtok, Q=0.056m3/s, Hustota, ρ=998 kg/m³

Plocha trubky= π . r² = π. 2² cm²= 12.56 cm²=0.00125 m²

Hmotnostní průtok, ṁ=Q . p = 0.056 m³/s 998 kg/m³= 55.88 kg/s

Rychlost =ṁ /ρ .A=79.3 m/s