Tilavuusvirtauksille

Tilavuusvirtauksille, eli volumetric flow rates, tarkoitetaan tilavuuden virtausta aikayksikössä fluidin poikkileikkausta läpäisevässä virtauksessa. Yleinen merkintä on Q, ja sen virtausnopeus ilmoitetaan usein yksiköissä m^3/s; vaihtoehtoisesti käytetään L/s, L/min tai m^3/h sovelluksesta riippuen.

Tilavuusvirta voidaan laskea usealla tavalla. Yleensä poikkileikkausalueen A ja paikallinen nopeus v ovat tasaisesti jakautuneita, jolloin Q = A · v̄. Yleisimmässä muodossa Q = ∫_A v · n dA, jossa v on nopeusvektori ja n on poikkileikkauksen normaalivektori. Kun virtaus on tasaista, Q = A · v̄ antaa suoran arvon.

Q:n ja massavirran välistä yhteyttä käytetään ymmärtämään käytännön ilmiöitä: massavirta ṁ on massan määrä aikayksikössä ja liittyy tilavuusvirtauteen kautta tiheyden ρ yksinkertaisella suhteella ṁ = ρ Q. Tämä on erityisen tärkeää kaasujen käsittelyssä, missä tiheys ρ muuttuu paineen ja lämpötilan mukaan, ja tilavuusvirta saatetaan ilmoittaa standardipaino-olosuhteissa (Q_stp) vertailua varten.

Mittauksessa käytetään erilaisia laitteita, kuten venturimittareita, orifis-levyjä ja tilavuusvirtausmittareita (float/roottorimittarit), sekä sähköisiä tai magneettisia mittausmenetelmiä. Komponenttien suunnittelussa ja prosessihallinnassa tilavuusvirtaus on keskeinen parametri, sillä se määrittää muun muassa tilavuusvaihtelujen ja reaktioiden massansiirron sekä järjestelmien kapasiteetin.

Esimerkkinä: putkessa, jonka poikkipinta-ala on 0,01 m^2 ja virtausnopeus 2 m/s, Q = 0,01 × 2 = 0,02 m^3/s. Tämä vastaa noin 20 litraa sekunnissa.