這個計算器的功能
當你已知圓形風管或孔口兩端的壓差,以及管路內徑時,這個工具能幫你估算通過的空氣體積流量。它運用白努利能量方程式,將量測到的壓降換算成空氣流速,再乘以管路截面積與流量係數,即可求得流量。計算結果會以每秒、每分鐘、每小時的立方公尺,以及 CFM(每分鐘立方英尺)四種單位呈現。
公式說明
核心關係來自白努利定理,它將壓力與流動空氣的動能連結起來:
$$v = \sqrt{\frac{2 \Delta P}{\rho}}$$其中 \(v\) 為流速(m/s),\(\Delta P\) 為壓差(帕,Pa),\(\rho\) 為空氣密度(kg/m³,海平面 15 °C 時約為 1.225)。求出流速後,流量計算如下:
$$Q = C_d \cdot A \cdot v = C_d \cdot \frac{\pi d^2}{4} \cdot v$$式中 \(A\) 為管路截面積,\(d\) 為內徑,\(C_d\) 為流量係數(依幾何形狀不同,通常介於 0.6 至 0.98 之間)。
使用方式
輸入管路內徑並選擇單位、壓差(以帕為單位)、空氣密度,以及流量係數。計算器會自動將管徑換算為公尺、計算截面積、求出流速,最後輸出流量結果。
實際範例
以一條 100 mm 的管路為例,\(\Delta P = 50\,\text{Pa}\)、\(\rho = 1.225\)、\(C_d = 0.98\):
$$v = \sqrt{\frac{2 \times 50}{1.225}} = 9.035\,\text{m/s}$$$$A = \frac{\pi (0.1)^2}{4} = 0.007854\,\text{m}^2$$$$Q = 0.98 \times 0.007854 \times 9.035 = 0.06954\,\text{m}^3/\text{s}$$
常見幾何形狀的流量係數
流量係數 \(C_d\) 用於說明能量損失和流量收縮(文丘里效應)導致實際流量低於理想伯努利預測值的情況。它是實際流量與理論流量的比值,始終 \(\le 1\)。為您的幾何形狀選擇正確的值是該計算中精度的最大決定因素。
| 幾何形狀 | 典型 \(C_d\) | 注釋 |
|---|---|---|
| 銳邊孔板 | 0.60 – 0.62 | 流量收縮強烈;標準 ~0.61 廣泛用於薄板孔板。 |
| 短管道 / 管道進口 | 0.80 – 0.82 | 收縮下游的重新附著流動可恢復部分壓力。 |
| 流量噴嘴 (ISA 1932) | ~0.96 | 光滑的收斂型線可大幅降低損失。 |
| 文丘里噴嘴 | 0.95 – 0.98 | 漸進式收縮和擴散器;永久壓力損失低。 |
| 圓形良好 / 鐘形噴嘴 | 0.97 – 0.99 | 接近理想狀態;收縮極小,用作流量標準。 |
如果不確定光滑管道或管道進口的情況,\(C_d \approx 0.97\text{–}0.98\) 是合理的預設值;對於板上的銳孔,使用 \(C_d \approx 0.61\)。
常見問題
流量係數該選多少?表面平滑、入口圓弧過渡良好的噴嘴約為 0.97–0.99;而尖銳邊緣的孔口則接近 0.6。若是一般風管且無法確定,可先採用 0.98。
該輸入哪個空氣密度?1.225 kg/m³ 是海平面、15 °C 的標準空氣密度。若空氣溫度較高或位於高海拔,請改用較低的數值。
這只適用於不可壓縮流嗎?此處的白純利形式假設流速較低且空氣不可壓縮,對於遠低於音速的一般通風壓力範圍而言相當準確。