ما هي حاسبة تحويل معدل التدفق إلى السرعة؟
تقوم هذه الأداة بتحويل معدل التدفق الحجمي (Q) المار عبر أنبوب دائري إلى متوسط سرعة المائع (v). وهي أداة واسعة الاستخدام في أعمال السباكة وأنظمة التكييف والتدفئة (HVAC) وشبكات الري والهندسة الصناعية، إذ تساعد على التأكد من أن السرعة داخل الأنبوب تقع ضمن الحدود الموصى بها (عادةً بين 1 و3 م/ث للماء في خطوط التغذية). والحاسبة عامة وغير مرتبطة بدولة محددة — فهي تصلح لأي سائل أو غاز ضمن أي نظام وحدات متسق.
طريقة الاستخدام
أدخل معدل التدفق الحجمي واختر وحدته (m³/s أو m³/h أو L/s أو L/min أو GPM الأمريكي). بعد ذلك أدخل القطر الداخلي للأنبوب واختر وحدته (mm أو cm أو m أو البوصة). تقوم الحاسبة بتوحيد جميع القيم إلى وحدات النظام الدولي (SI)، ثم تحسب مساحة المقطع العرضي الدائري، وتُظهر متوسط السرعة بوحدتي المتر في الثانية والقدم في الثانية.
شرح المعادلة
تنص معادلة الاستمرارية على أن معدل التدفق يساوي حاصل ضرب السرعة في المساحة: \(Q = v \cdot A\). وبالنسبة للأنبوب الدائري تكون المساحة \(A = \frac{\pi D^2}{4}\)، حيث D هو القطر الداخلي. وبإعادة ترتيب المعادلة نحصل على:
$$v = \frac{Q}{\frac{\pi}{4}\,D^{2}}$$وبما أن المساحة تزداد مع مربع القطر، فإن مضاعفة القطر تخفض السرعة إلى الربع عند ثبات معدل التدفق نفسه.
مثال محلول
لنفترض أن \(Q = 0.05\ \text{m}^3/\text{s}\) يمر عبر أنبوب قطره 100 mm (أي 0.1 m). تكون المساحة
$$A = \frac{\pi \times 0.1^{2}}{4} = 0.0078539816\ \text{m}^2$$ومنه السرعة
$$v = \frac{0.05}{0.0078539816} = \mathbf{6.366\ \text{م/ث}}$$وهذه سرعة مرتفعة بالنسبة للماء — فاختيار أنبوب أكبر سيخفض السرعة.
الأسئلة الشائعة
هل أستخدم القطر الداخلي أم الخارجي؟ استخدم دائماً القطر الداخلي (التجويف)، لأنه يمثل مساحة التدفق الفعلية.
هل القيمة الناتجة هي السرعة المتوسطة أم القصوى؟ إنها متوسط السرعة عبر المقطع العرضي. أما السرعة القصوى الموضعية عند مركز الأنبوب فتكون أعلى في حالة التدفق الطبقي (الصفحي).
هل تصلح الحاسبة للغازات؟ نعم، طالما يمكن اعتبار الغاز شبه غير قابل للانضغاط عند الظروف المعنية؛ أما في التدفقات عالية السرعة والقابلة للانضغاط فيجب أخذ التغيرات في الكثافة بعين الاعتبار.
