卧式圆柱形储罐容积计算器是什么?
这款工具用于计算卧式圆柱形储罐内部装了多少液体——这正是横躺放置的燃油罐、蓄水池、液化气罐和化工储存桶的常见形状。由于储罐是横躺的,液面会在圆形横截面上形成一道水平的弦,因此充注部分的截面是一个弓形(圆缺)。液体体积就等于这块弓形面积乘以储罐的长度。
使用方法
输入储罐直径、储罐长度(即水平方向的长边),以及从罐底竖直量起的液位高度,再选择一个长度单位。计算器会输出部分充注的体积(以立方单位表示)、充满百分比、满罐容量,并把结果换算为升和美制加仑。若想得到满罐容量,只需把液位高度设为与直径相等即可。
公式解析
当储罐装满时,体积就是简单的 \(V = \pi \cdot r^{2} \cdot L\)。当只充注到高度 \(h\) 时,液体横截面是一个圆弓形,其体积为:
$$V = L\left[\,r^{2}\cos^{-1}\!\left(\frac{r-h}{r}\right) - (r-h)\sqrt{2rh-h^{2}}\,\right]$$
其中 \(r\) 为半径(直径 ÷ 2)。当 \(h = r\)(即半满)时,反余弦的值等于 \(\pi/2\),体积恰好是满罐的一半,与直觉相符。
实例演算
直径 = 2 米,所以 \(r = 1\) 米;长度 \(L = 5\) 米;液位高度 \(h = 1\) 米(恰好半满)。由于 \(h = r\),代入公式得 $$V = 5 \cdot \left(1^{2} \cdot \cos^{-1}(0) - 0 \cdot \sqrt{\ldots}\right) = 5 \cdot (1 \cdot 1.5708) = 7.854 \text{ 立方米}$$ 满罐容量为 \(\pi \cdot 1^{2} \cdot 5 = 15.708\) 立方米,所以充注率为 50%——这正是半满储罐应有的结果。换算下来约为 7,854 升,或大约 2,074 美制加仑。
常见问题
应该使用什么单位?直径、长度和高度可使用任意一种长度单位,只要三者保持一致即可;计算器会自动把体积换算为升和加仑。
如果高度超过直径会怎样?高度会被限制在直径以内,此时直接返回满罐体积。
这个工具适用于立式储罐吗?不适用——立式圆柱体使用 \(V = \pi \cdot r^{2} \cdot h\) 计算。本工具专门针对横躺放置的储罐。