Công Cụ Này Làm Gì
Công cụ giúp bạn ước tính lưu lượng gió thể tích đi qua một ống tròn hoặc lỗ tiết lưu khi đã biết chênh lệch áp suất hai đầu và đường kính ống. Nó dựa trên phương trình năng lượng Bernoulli để quy đổi độ giảm áp đo được thành vận tốc dòng khí, sau đó nhân với diện tích mặt cắt ngang và hệ số lưu lượng để tính ra lưu lượng. Kết quả được thể hiện theo mét khối trên giây, trên phút, trên giờ và theo đơn vị CFM.
Giải Thích Công Thức
Mối quan hệ cốt lõi xuất phát từ định lý Bernoulli, liên hệ giữa áp suất và động năng của dòng khí chuyển động:
$$v = \sqrt{\frac{2 \Delta P}{\rho}}$$trong đó \(v\) = vận tốc tính bằng m/s, \(\Delta P\) = chênh lệch áp suất tính bằng pascal, và \(\rho\) = khối lượng riêng không khí tính bằng kg/m³ (khoảng 1.225 ở mực nước biển, 15 °C). Khi đã có vận tốc, lưu lượng được tính như sau:
$$Q = C_d \cdot A \cdot v = C_d \cdot \frac{\pi d^2}{4} \cdot v$$Ở đây \(A\) = diện tích ống, \(d\) = đường kính trong, và \(C_d\) = hệ số lưu lượng (thường từ 0.6–0.98 tùy theo hình dạng).
Cách Sử Dụng
Nhập đường kính ống và chọn đơn vị, chênh lệch áp suất tính bằng pascal, khối lượng riêng không khí và hệ số lưu lượng. Công cụ sẽ quy đổi đường kính sang mét, tính diện tích, tìm vận tốc và trả về lưu lượng gió.
Ví Dụ Minh Họa
Với ống đường kính 100 mm, \(\Delta P = 50\,\text{Pa}\), \(\rho = 1.225\) và \(C_d = 0.98\):
$$v = \sqrt{\frac{2 \times 50}{1.225}} = 9.035\,\text{m/s}$$$$A = \frac{\pi (0.1)^2}{4} = 0.007854\,\text{m}^2$$$$Q = 0.98 \times 0.007854 \times 9.035 = 0.06954\,\text{m}^3/\text{s}$$
Hệ số xả lưu cho các hình học thông dụng
Hệ số xả lưu \(C_d\) tính đến tổn thất năng lượng và sự co rút lưu chảy (vena contracta) làm cho lưu lượng thực tế nhỏ hơn dự báo lý tưởng của Bernoulli. Nó là tỷ số giữa lưu lượng thực tế và lưu lượng lý thuyết, luôn luôn \(\le 1\). Lựa chọn giá trị phù hợp cho hình học của bạn là nguồn gốc lớn nhất ảnh hưởng đến độ chính xác của phép tính này.
| Hình học | Hệ số \(C_d\) điển hình | Ghi chú |
|---|---|---|
| Lỗ có cạnh sắc | 0.60 – 0.62 | Sự co rút lưu chảy mạnh; giá trị tiêu chuẩn khoảng ~0.61 được sử dụng rộng rãi cho các lỗ tấm mỏng. |
| Đầu vào ống / ống dẫn ngắn | 0.80 – 0.82 | Lưu chảy gắn lại xuôi dòng của sự co rút khôi phục lại một số áp lực. |
| Vòi phun lưu chảy (ISA 1932) | ~0.96 | Hình dạng hội tụ nhẵn giảm tổn thất đáng kể. |
| Vòi phun Venturi | 0.95 – 0.98 | Sự co rút dần dần và khuếch tán; tổn thất áp lực vĩnh viễn thấp. |
| Vòi phun có miệng chuông / được làm tròn tốt | 0.97 – 0.99 | Gần như lý tưởng; sự co rút tối thiểu, được sử dụng làm tiêu chuẩn lưu chảy. |
Khi không chắc chắn đối với một lối ống hoặc đầu vào ống dẫn nhẵn, \(C_d \approx 0.97\text{–}0.98\) là một giá trị mặc định hợp lý; đối với một lỗ sắc ở một tấm, hãy sử dụng \(C_d \approx 0.61\).
Câu Hỏi Thường Gặp
Nên dùng hệ số lưu lượng nào? Một vòi phun trơn, bo tròn tốt cho giá trị khoảng 0.97–0.99, trong khi lỗ tiết lưu cạnh sắc gần với 0.6. Nếu không chắc chắn với ống dẫn, hãy dùng 0.98.
Nên nhập khối lượng riêng không khí bằng bao nhiêu? 1.225 kg/m³ là giá trị tiêu chuẩn của không khí ở mực nước biển, 15 °C. Hãy dùng giá trị thấp hơn cho khí nóng hoặc ở độ cao lớn.
Công cụ chỉ áp dụng cho dòng không nén được phải không? Dạng Bernoulli ở đây giả định dòng chảy tốc độ thấp, không nén được, vốn cho kết quả chính xác với áp suất thông gió thông thường — nhỏ hơn nhiều so với vận tốc âm thanh.
