线速度转换为体积流量或质量流量

流体流速常用参数

管流或明渠流常用来测量流体流速的三个不同参数是体积流速、质量流速和平均流速。容积流量是液体中应用最广泛的一种。顾名思义，它的单位是单位时间内的流量。对于气体，温度和压力对气体密度有显著影响，从而对体积流量有显著影响，因此有时用质量流量代替气体的体积流量。对于管道、管道或明渠中的流体流动，速度在流动的横截面积上不是恒定的，但流体速度的某些测量通常是有意义的。最广泛使用的速度参数是平均速度，其定义为体积流量除以流动的横截面积。将这三个参数连同它们所使用的符号和典型单位总结如下:

• 容积流量;象征:问;单位:ft3/秒，加仑每分钟，m3/秒等
• 质量流量;象征:m;单位:磅/小时、千克/分钟等
• 平均速度;象征:V;单位:ft/sec或m/sec

线速度转换为体积流量和质量流量的方程

线速度(平均速度)转换为体积流速的公式来自于上面提到的平均速度的定义:

V = Q/A，或Q = VA，

其中V是平均速度，A是流体垂直于流动的横截面积。

质量流速就是流体密度乘以体积流速，即:

m = ρ q = ρ va，其中ρ =流体的密度。左图总结了这一点。

流体力学连续性方程

应用于流体系统的质量守恒的基本原理通常被称为连续性方程。在最普遍的情况下

形式，非稳态，可压缩流动连续性方程表明，进入系统的总质量流量减去任何时候流出系统的总质量流量必须等于系统的质量变化率。写成方程的形式是

Σmin -Σmout - dM/dt，其中M是系统中流体的质量。

许多流体流动系统在稳态流动条件下运行。也就是说，进入系统的总质量流量和流出系统的总质量流量随时间保持不变。在这种情况下，系统中的质量量不变，因此dM/dt = 0，可压缩流连续性方程的稳态形式为:

Σmin = Σmout或ΣρQin = ΣρQout或ΣρVAin = ΣρVAout

连续性方程的另一个简化是它在不可压缩流中的应用。在流体力学中，“不可压缩流”并不是指不能被压缩的流体。相反，它指的是在给定的流体流动条件下，流体的密度不变的情况。一般情况下，液体的流动可以看作是不可压缩的流动，许多情况下气体的流动必须看作是可压缩的流动。对于不可压缩流，密度ρ保持不变，因此不可压缩流连续性方程为:

ΣQin = ΣQout或ΣVAin = ΣVAout。

例子的计算

问题陈述#1:水流通过直径4英寸的管道，接近一个减压阀

平均速度为5英尺/秒。管件的直径减小到3英寸。i)通过这个管道的容积流量是多少?和ii)水在直径为3英寸的管道中的平均流速是多少?请看右边的草图。

解决方案:i)线速度转换为体积流量:

Q = VA = V(π d2 /4) = (5 ft/sec)[π(4/12)2/4)ft]，或Q =0.4363英尺3./秒

ii)通过3”管道的容积流量必须相同，因此:

(V3)[π(3/12)2]/4 = 0.436 ft3/sec。求解V3得到:V3 = 8.88 ft/sec

问题陈述#2:底部宽度为2英尺，横向坡度为3:1的梯形明渠(如左图所示)，当水流深度为1英尺时，流速为20 ft3/秒。在这些条件下通道中的平均速度是多少?

解决方案:从文章中可以看出，“明渠水流水力半径计算，则梯形水流横截面积可计算为:A = by + zy2，其中b为通道底部宽度，y为水流深度，z为horz:vert边坡。因此A = (2)(1) + 3(12) = 5 ft2, V = Q/A = (20 ft3/sec)/5 ft2)，或V = 4英尺/秒．