伯努力方程式計算器
根據流體速度、高程、密度與入口壓力求解下游壓力。
流體壓力計算器
模擬兩點之間無幫浦作功、無摩擦損失的穩態不可壓縮流動。
關於伯努力方程式
伯努力方程式描述運動流體沿同一流線的機械能守恆,平衡靜壓、單位體積動能與單位體積重力位能。流體在相同高程加速時,靜壓通常下降;向下流動時,減少的位能可轉換成壓力或速度。本計算器將這項平衡關係重新整理,以求出第二點的靜壓。
請輸入以帕斯卡表示的第一點壓力、以公尺每秒表示的兩點流速、以公尺表示的兩點高程,以及以公斤每立方公尺表示的密度。計算採用9.81公尺每平方秒的標準重力加速度。第二點壓力等於入口壓力,加上密度的一半乘以兩點速度平方之差,再加上密度、重力加速度與高程下降量的乘積。壓力水頭將各點壓力除以密度及重力加速度,讓壓力項可與速度水頭、高程水頭以公尺液柱比較。
簡化的伯努力模型假設流體沿同一流線作穩態、不可壓縮、無黏性流動,也假設兩點之間沒有幫浦輸入能量、沒有渦輪取走能量,且無明顯摩擦或管件損失。這些假設通常適合教學示範、粗略估算、短而平滑的流道,以及理想噴嘴或水槽問題。實際管路系統通常需要擴充能量方程式,納入幫浦揚程、渦輪水頭及主要與局部損失。
兩點應同時使用絕對壓力或同時使用表壓,切勿混用。密度須符合流體種類與溫度。室溫附近的水通常近似為1,000公斤每立方公尺,但氣體密度的變化可能使不可壓縮近似失準。負的計算表壓可能表示吸入狀態,也應進一步檢視汽蝕、蒸氣壓與假設是否成立。結果適合流體力學學習與初步工程分析;涉及安全的管道、噴嘴及液壓設計,應使用完整損失資料並依適用設計標準核對。
伯努力方程式範例
以理想流動範例說明流速與高程如何影響壓力。
| 流動條件 | 點2的壓力 | 說明 |
|---|---|---|
| P1 101325 Pa, v1 2 m/s, z1 10 m, v2 5 m/s, z2 5 m, 水 | 139,875 Pa | 高程下降造成的增壓大於流速增加造成的壓降 |
| P1 200000 Pa, v1 4 m/s, z1 2 m, v2 2 m/s, z2 2 m, 水 | 206,000 Pa | 流速降低使靜壓上升 |
| P1 150000 Pa, v1 3 m/s, z1 0 m, v2 3 m/s, z2 4 m, 水 | 110,760 Pa | 高程增加使靜壓下降 |
如何使用伯努力計算器
- 輸入已知上游點的壓力、流速與高程。
- 輸入下游點的流速與高程。
- 輸入流體密度,使用與SI輸入一致的單位。
- 計算並檢視下游壓力與壓力水頭。
- 若理想假設不成立,請另外加入幫浦、渦輪與損失項。
伯努力方程式常見問題
伯努力方程式能計算什麼?
它透過機械能守恆連結壓力、流速與高程。本版本可求解第二點的未知壓力。
可以使用表壓嗎?
可以,只要兩個壓力值採用相同的大氣壓力基準。不可將絕對壓力輸入與表壓結果混用。
這個計算器包含管道摩擦嗎?
不包含。它描述沒有能量損失的理想流動。實際管道計算應在能量方程式加入達西-魏斯巴赫摩擦損失及管件損失。
伯努力方程式能用於氣體嗎?
密度變化可忽略時,可用來近似低速氣流。若壓力與密度變化明顯,應採用可壓縮流動方程式。
為什麼下游壓力可能增加?
流速降低或流體移往較低高程時,壓力可能上升。這反映動能或重力位能轉換為靜壓。