يتدفق الغاز من خلال فتحة صغيرة نحو الفراغ.
الإجابة الصحيحة هي : صواب.
بمعنى أن العبارة صحيحة، لأنه يتدفق الغاز من خلال فتحة صغيرة نحو الفراغ.
انسياب الغاز عبر الفتحة الصغيرة إلى الفراغ
يتدفق السائل أو الغاز من خلال الفتحة الصغيرة إلى الفراغ وفقًا لعدة قوانين فيزيائية. تعتمد معادلة معدل التدفق على خصائص السائل أو الغاز، ومساحة وحجم الفتحة، والفرق في الضغط بين جانبي الفتحة. يعتبر فهم معدل تدفق الموائع من خلال الفتحات الصغيرة أمرًا ضروريًا في العديد من التطبيقات الهندسية، مثل تصميم أنظمة السوائل والغازات والأنظمة الحرارية.
قانون توريسيلي
يصف قانون توريسيلي معدل تدفق السائل المثالي غير اللزج من خلال فتحة صغيرة في قاع الخزان. ينص القانون على أن معدل التدفق (Q) يساوي مساحة الفتحة (A) مضروبة في الجذر التربيعي لمرتين تسارع الجاذبية الأرضية (g) مضروبة في ارتفاع السائل (h) فوق الفتحة:
“`
Q = A √(2 g h)
“`
عدد رينولدز
عدد رينولدز (Re) هو عدد لا بعدي يميز بين التدفق الصفائحي والتدفق المضطرب. بالنسبة للأنابيب المستديرة، يتم تعريف عدد رينولدز على أنه:
“`
Re = (ρ v D) / μ
“`
حيث:
ρ هي كثافة السائل أو الغاز
v هي السرعة المتوسطة للسائل أو الغاز
D هو قطر الأنبوب
μ هي لزوجة السائل أو الغاز
التدفق الصفائحي
التدفق الصفائحي هو نوع من التدفق حيث تتحرك طبقات السائل أو الغاز بسلاسة جنبًا إلى جنب دون أي دوامات أو اضطرابات. يحدث التدفق الصفائحي عندما يكون عدد رينولدز أقل من 2000.
التدفق المضطرب
التدفق المضطرب هو نوع من التدفق حيث يتحرك السائل أو الغاز بطريقة غير منتظمة مع دوامات واضطرابات. يحدث التدفق المضطرب عندما يكون عدد رينولدز أكبر من 4000.
انسياب الغاز عبر فتحة صغيرة
عندما يتدفق الغاز من خلال فتحة صغيرة، فإن معدل تدفق الغاز يعتمد على خصائص الغاز، ومساحة وحجم الفتحة، والفرق في الضغط بين جانبي الفتحة. يمكن اشتقاق معادلة معدل تدفق الغاز من مبادئ الميكانيكا الإحصائية.
معادلة معدل تدفق الغاز
معادلة معدل تدفق الغاز هي:
“`
Q = C A √(2 (P1^2 – P2^2) / (ρ R T))
“`
حيث:
Q هو معدل التدفق (متري مكعب في الثانية)
C هي معامل التدفق (وحدة)
A هي مساحة الفتحة (متر مربع)
P1 هو ضغط الغاز على جانب المنبع (باسكال)
P2 هو ضغط الغاز على جانب المصب (باسكال)
ρ هي كثافة الغاز (كجم / متر مكعب)
R هو ثابت الغاز العام (8.314 جول / (مول كلفن))
T هي درجة حرارة الغاز (كلفن)
التطبيقات
توجد العديد من التطبيقات لمعدل تدفق الغاز من خلال الفتحات الصغيرة، منها:
تصميم أنظمة السوائل والغازات
تصميم الأجهزة الحرارية
قياس تدفق الغاز
مراقبة عمليات التصنيع
يعتبر فهم معدل تدفق الموائع من خلال الفتحات الصغيرة أمرًا أساسيًا في العديد من التطبيقات الهندسية. تعتمد معادلة معدل التدفق على نوع المائع أو الغاز، وخصائص الفتحة، والفرق في الضغط بين جانبي الفتحة. يمكن استخدام معادلات معدل التدفق هذه لتصميم الأنظمة وإجراء القياسات ومراقبة العمليات التي تتضمن السوائل أو الغازات المتدفقة من خلال الفتحات الصغيرة.