ما هو معدل التدفق الحجمي؟
معدل التدفق الحجمي (Q) هو مقدار حجم المائع الذي يمرّ عبر مقطع عرضي معيّن خلال وحدة زمنية. وهو مفهوم أساسي في ميكانيكا الموائع وأعمال السباكة وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) والهيدروليكا والهندسة الصناعية. وتأتي أبسط علاقة تربط هذه الكميات من مبدأ الاستمرارية: حيث يساوي معدل التدفق مساحة المقطع العرضي للأنبوب أو القناة مضروبةً في متوسط سرعة المائع المتحرك عبره.
المعادلة
المعادلة الحاكمة هي $$Q = A \cdot v$$ حيث:
Q = معدل التدفق الحجمي (م³/ث)، وA = مساحة المقطع العرضي العمودي على اتجاه التدفق (م²)، وv = متوسط سرعة التدفق (م/ث). ولأن هذه الحاسبة تعتمد وحدات النظام الدولي (SI)، فإن النتيجة تُعطى بالمتر المكعب في الثانية، ونقوم أيضًا بتحويلها إلى لتر في الدقيقة (\(\times 60{,}000\)) وإلى الجالون الأمريكي في الدقيقة (\(\times 15{,}850.32\)) لمزيد من السهولة.
كيفية استخدام هذه الحاسبة
أدخل مساحة المقطع العرضي للأنبوب أو القناة بالمتر المربع، ومتوسط سرعة التدفق بالمتر في الثانية. وفي حالة الأنبوب الدائري، احسب المساحة باستخدام \(A = \pi \cdot r^2\)، حيث r هو نصف القطر الداخلي. ثم اضغط على زر الحساب للحصول على معدل التدفق بثلاث وحدات شائعة.
مثال محلول
لنفترض أن الماء يتدفق عبر أنبوب مساحة مقطعه العرضي 0.05 م² بمتوسط سرعة 2 م/ث. عندئذ يكون $$Q = 0.05 \times 2 = 0.1 \text{ م}^3/\text{ث}$$ وبالتحويل: \(0.1 \times 60{,}000 = 6{,}000\) لتر/دقيقة، و\(0.1 \times 15{,}850.32 \approx 1{,}585\) جالون/دقيقة.
الأسئلة الشائعة
كيف أحسب مساحة أنبوب دائري؟ استخدم العلاقة \(A = \pi \times (\text{القطر} \div 2)^2\). فمثلًا لأنبوب قطره 0.2 م تكون \(A = \pi \times 0.1^2 \approx 0.0314\) م².
أي سرعة ينبغي أن أستخدم؟ استخدم متوسط السرعة عبر المقطع العرضي، وليس السرعة القصوى عند محور الأنبوب، فهي أعلى في حالة التدفق الطبقي (الصفائحي).
هل تأخذ هذه المعادلة الاحتكاك أو الاضطراب بالحسبان؟ لا. فالعلاقة \(Q = A \cdot v\) هي علاقة الاستمرارية المثالية. أما خسائر الضغط والاحتكاك فتتطلب معادلات إضافية مثل معادلة دارسي–فايسباخ.
