13.17
يتم تمثيل حركة السوائل إما بواسطة متجهات السرعة المتجهة المتجهة المتجهة المتجهة أو خطوط الانسيابية. يُطلق على حجم السائل الذي يتدفق عبر موقع معين عبر…
يعطي حجم السائل المتدفق عبر نقطة في منطقة في الوحدة الزمنية معدل تدفق الحجم.
عند استبدال الحجم بالمساحة مضروبة في المسافة ، واستخدام العلاقة بين السرعة والمسافة ، فإن معدل التدفق الحجمي يساوي المساحة مضروبة في سرعة السائل.
ضع في اعتبارك سائلا غير قابل للانضغاط بنفس الكثافة في جميع النقاط يتدفق بثبات عبر أنبوب مقطع عرضي غير منتظم. بالنسبة للتدفق الثابت ، تظل سرعة وكثافة السائل عند نقطة ثابتة بمرور الوقت.
تسمىكتلة السائل الذي يمر عبر نقطة لكل وحدة زمنية بمعدل التدفق الكتلي ، وهي تساوي الكثافة مضروبة في معدل التدفق الحجمي.
نظرا لأن الأنبوب لا يحتوي على أي مصدر أو حوض آخر ، يجب أن تساوي الكتلة المتدفقة إلى الأنبوب الكتلة التي تغادر الأنبوب. هذا يعطي المعادلة العامة لاستمرارية السوائل.
بالنسبة للسوائل غير القابلة للانضغاط ، تلغي الكثافة. ومن ثم ، فإن معدل تدفق الحجم في الأنبوب يساوي معدل التدفق الحجمي خارج الأنبوب.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is volume flow rate and how is it calculated?
Volume flow rate is the volume of fluid flowing through a point in an area per unit time. It is calculated by multiplying the cross-sectional area of the pipe by the velocity of the fluid. This relationship shows that flow rate depends on both the size of the conduit and how fast the fluid moves through it.
Q2: Why does fluid velocity increase when a pipe narrows?
When a pipe's cross-sectional area decreases, the fluid velocity must increase to maintain continuity of flow. Since the same amount of incompressible fluid must pass through any point in the pipe per unit time, a smaller area requires higher velocity to conserve the volume flow rate.
Q3: What is the equation of continuity for incompressible fluids?
The equation of continuity states that the volume flow rate entering a pipe equals the volume flow rate leaving it. For incompressible fluids, density cancels out, so the product of cross-sectional area and velocity remains constant throughout the pipe, ensuring mass conservation.
Q4: How does mass flow rate relate to volume flow rate?
Mass flow rate equals density multiplied by volume flow rate. It represents the mass of fluid passing through a point per unit time. For steady flow through a pipe with no sources or sinks, the mass flowing in must equal the mass flowing out.
Q5: What conditions must be met for steady flow in a pipe?
For steady flow, the velocity and density of the fluid at any point must remain constant over time. Additionally, the pipe must have no sources or sinks that add or remove fluid, ensuring that mass entering the pipe equals mass leaving it at all times.
Q6: Why is the equation of continuity valid for liquids but not always for gases?
Liquids are essentially incompressible, so their density remains constant, making the equation of continuity universally valid for all liquid flow. Gases are compressible, so the equation must be applied with caution when gases undergo compression or expansion, as density changes affect flow relationships significantly.
Q7: How does the equation of continuity relate to energy conservation in fluid flow?
The equation of continuity ensures mass conservation in steady flow by maintaining constant volume flow rate through varying pipe sections. This principle connects to energy conservation and bernoulli equation principles, where changes in velocity and pressure are governed by both mass continuity and energy conservation in fluid systems.