什麼是流量轉流速換算器?
這個工具可以把流經圓形管路的體積流量(Q)換算成流體的平均流速(v)。它在給排水、空調(HVAC)、灌溉以及製程工程中都相當常見,常用來檢查管內流速是否落在建議範圍內(一般供水管路的水流速度建議約為 1~3 m/s)。本換算器具有通用性——只要單位系統前後一致,無論是任何液體或氣體都適用。
使用方式
先輸入體積流量並選擇對應單位(m³/s、m³/h、L/s、L/min 或美制 GPM),接著輸入管路的內徑,並選擇 mm、cm、m 或英吋。換算器會自動將所有數值換算成 SI 國際單位,計算出圓形截面的面積,最後同時以「公尺每秒」與「英呎每秒」回傳平均流速。
公式說明
連續方程式告訴我們:流量等於流速乘以截面積,也就是 \(Q = v \cdot A\)。對圓形管路而言,截面積為 \(A = \frac{\pi D^{2}}{4}\),其中 \(D\) 為管路內徑。將公式移項後可得
$$v = \frac{Q}{\frac{\pi}{4}\,D^{2}}$$由於截面積與管徑的平方成正比,因此在流量相同的情況下,管徑加倍,流速會降為原本的四分之一。
實際範例
假設流量 \(Q = 0.05\ \text{m}^3/\text{s}\),流經內徑 100 mm(即 0.1 m)的管路。截面積
$$A = \frac{\pi \times 0.1^{2}}{4} = 0.0078539816\ \text{m}^2$$流速
$$v = \frac{0.05}{0.0078539816} = \mathbf{6.366\ \text{m/s}}$$對水流來說這個速度偏快——若改用更大口徑的管路,便能有效降低流速。
常見問題
應該用內徑還是外徑?一律使用內徑(管壁內側的口徑),因為這才是流體實際通過的截面積。
算出來的是平均流速還是最大流速?這是截面上的平均流速。在層流狀態下,管路中心處的局部最大流速會比平均值更高。
氣體也適用嗎?可以。只要在所關注的條件下,可將氣體近似視為不可壓縮即可;但若是高速可壓縮流,則必須一併考慮密度的變化。