Lưu lượng khối lượng là gì?
Lưu lượng khối lượng (ṁ, đọc là "m chấm") là khối lượng chất lỏng hoặc khí đi qua một mặt cắt nhất định trong mỗi đơn vị thời gian, tính bằng kilôgam trên giây (kg/s). Đây là đại lượng nền tảng trong cơ học chất lưu, nhiệt động lực học, thiết kế hệ thống điều hòa không khí (HVAC), hệ thống đường ống và động cơ phản lực tên lửa. Máy tính này áp dụng mối quan hệ dựa trên phương trình liên tục \(\dot{m} = \rho \cdot A \cdot V\) để xác định lượng chất lưu chảy qua một đường ống hoặc ống dẫn trong mỗi giây.
Cách sử dụng máy tính
Bạn chỉ cần nhập ba giá trị: khối lượng riêng của chất lưu (ρ) tính bằng kilôgam trên mét khối, diện tích mặt cắt ngang (A) của đường ống hoặc ống dẫn tính bằng mét vuông, và vận tốc dòng chảy trung bình (V) tính bằng mét trên giây. Máy tính sẽ nhân ba giá trị này với nhau để cho ra lưu lượng khối lượng theo đơn vị kg/s, đồng thời cung cấp thêm lưu lượng thể tích (\(Q = A \cdot V\)) tính bằng m³/s.
Giải thích công thức
Phương trình chủ đạo là $$\dot{m} = \rho \cdot A \cdot V$$ Khối lượng riêng (ρ) cho biết mỗi mét khối chất lưu chứa bao nhiêu khối lượng. Tích \(A \cdot V\) cho biết thể tích chất lưu quét qua một điểm trong mỗi giây (chính là lưu lượng thể tích Q). Khi nhân thể tích mỗi giây với khối lượng trên mỗi đơn vị thể tích, ta thu được khối lượng mỗi giây. Với dòng chảy ổn định và không nén được, tích này được bảo toàn dọc theo một đường dòng — đây chính là cơ sở của phương trình liên tục.
Ví dụ minh họa
Nước (ρ = 1000 kg/m³) chảy qua một đường ống có diện tích mặt cắt ngang 0,05 m² với vận tốc 2 m/s. Khi đó $$\dot{m} = 1000 \times 0{,}05 \times 2 = 100 \text{ kg/s}$$ và lưu lượng thể tích là $$Q = 0{,}05 \times 2 = 0{,}1 \text{ m}^3\text{/s}$$ Như vậy, có 100 kilôgam nước đi qua đường ống trong mỗi giây.
Câu hỏi thường gặp
Tôi nên dùng đơn vị nào? Hãy dùng hệ đơn vị SI — khối lượng riêng tính bằng kg/m³, diện tích bằng m², và vận tốc bằng m/s — để có lưu lượng khối lượng theo đơn vị kg/s.
Làm sao tính diện tích mặt cắt của ống tròn? Dùng công thức \(A = \pi \cdot r^2\), với r là bán kính trong tính bằng mét. Nếu biết đường kính d của ống, có thể dùng \(A = \pi \cdot d^2/4\).
Công thức này có dùng cho chất khí không? Có, miễn là bạn dùng khối lượng riêng của khí ở nhiệt độ và áp suất tương ứng. Đối với dòng nén được, khối lượng riêng có thể thay đổi dọc theo dòng chảy, vì vậy hãy dùng giá trị cục bộ tại mặt cắt mà bạn quan tâm.
