Công cụ chuyển lưu lượng sang vận tốc là gì?
Công cụ này giúp chuyển đổi lưu lượng thể tích (Q) chảy qua một ống tròn thành vận tốc trung bình của dòng chất lỏng (v). Nó được dùng rộng rãi trong cấp thoát nước, hệ thống điều hòa không khí (HVAC), tưới tiêu và kỹ thuật công nghệ để kiểm tra xem vận tốc trong đường ống có nằm trong giới hạn khuyến nghị hay không (thường là 1–3 m/s đối với nước trong ống cấp). Công cụ mang tính phổ quát — áp dụng được cho mọi chất lỏng hoặc chất khí, với bất kỳ hệ đơn vị nhất quán nào.
Cách sử dụng
Nhập lưu lượng thể tích và chọn đơn vị tương ứng (m³/s, m³/h, L/s, L/min hoặc GPM theo chuẩn Mỹ). Sau đó nhập đường kính trong của ống và chọn mm, cm, m hoặc inch. Công cụ sẽ quy đổi mọi giá trị về hệ SI, tính diện tích mặt cắt ngang hình tròn và trả về vận tốc trung bình theo mét trên giây và feet trên giây.
Giải thích công thức
Phương trình liên tục cho biết lưu lượng bằng vận tốc nhân với diện tích: $$Q = v \cdot A$$ Với ống tròn, diện tích mặt cắt là $$A = \frac{\pi D^{2}}{4}$$ trong đó \(D\) là đường kính trong. Biến đổi lại ta được $$v = \frac{Q}{\frac{\pi D^{2}}{4}}$$ Vì diện tích tăng theo bình phương đường kính, nên khi tăng gấp đôi đường kính, vận tốc sẽ giảm còn một phần tư với cùng một lưu lượng.
Ví dụ minh họa
Giả sử \(Q = 0{,}05\ \text{m}^3/\text{s}\) chảy qua một ống đường kính 100 mm (0,1 m). Diện tích $$A = \frac{\pi \times 0{,}1^{2}}{4} = 0{,}0078539816\ \text{m}^2$$ Vận tốc $$v = \frac{0{,}05}{0{,}0078539816} = \mathbf{6{,}366\ \text{m/s}}$$ Đây là tốc độ khá nhanh đối với nước — dùng ống lớn hơn sẽ giúp giảm vận tốc.
Câu hỏi thường gặp
Nên dùng đường kính trong hay đường kính ngoài? Luôn dùng đường kính trong (lòng ống), vì đó mới là diện tích thực tế cho dòng chảy đi qua.
Đây là vận tốc trung bình hay vận tốc đỉnh? Đây là vận tốc trung bình trên mặt cắt ngang. Vận tốc cục bộ tại tâm ống sẽ cao hơn trong trường hợp dòng chảy tầng.
Có dùng được cho chất khí không? Có, miễn là chất khí được xem là gần như không nén được ở điều kiện đang xét; với dòng chảy tốc độ cao và nén được, cần phải tính đến sự thay đổi của khối lượng riêng.
