孔口流量計算機
依據壓差、密度及流量係數,計算不可壓縮流體通過圓形孔口的流量與理想噴流速度。
計算孔口流量
適用於圓形開口與穩定壓差,請使用一致的 SI 單位。
關於孔口流動
孔口迫使流體通過比周圍管道或容器更小的開口,藉此限制流動。孔口兩側的壓差將壓力能轉換為動能,形成高速噴流。本計算機採用標準不可壓縮孔口公式:體積流量等於流量係數乘以開口面積,再乘以兩倍壓差除以流體密度所得值的平方根。圓形開口的面積等於圓周率乘以直徑平方再除以四。
流量係數用於修正收縮與能量損失對理想伯努力結果的影響。薄壁銳邊孔口的係數通常約為 0.60 至 0.65,圓滑噴嘴的係數則可能更接近一。適當的係數取決於開口幾何形狀、板厚、雷諾數、安裝方式及取壓口位置。獨立顯示的理想噴流速度不包含此係數;將其乘以流量係數,可表示以孔口面積為基準的實際平均排出速度。
直徑請以毫米輸入,壓差以帕斯卡輸入,密度以公斤每立方公尺輸入,流量係數則為無因次值。計算機會先將直徑換算為公尺再計算面積,並以立方公尺每秒及公升每秒顯示流量。壓差必須為上游靜壓減去下游靜壓。密度應符合流體在操作溫度與壓力下的狀態。室溫附近水的密度約為每立方公尺 998 公斤,氣體密度則低得多,在相同壓差下可能大幅加速。
此簡化公式最適合流量係數已知的穩定不可壓縮流動。氣體壓降較大時,通過孔口的密度會改變,也可能發生音速阻塞,因此必須使用可壓縮流方法。液體若因局部壓力低於蒸氣壓而發生汽蝕,計算也可能失效。孔板作為經校正的流量計時,管徑與直徑比 beta 很重要,專業計量標準還會加入膨脹、接近速度及雷諾數修正。
此結果可用於初步選型、實驗核算、灌溉出水口、已知壓力下的儲槽排水及近似水力計算。關鍵設計應依適用標準或製造商資料確認。準確量測需要經校正的壓力感測器、正確的取壓位置、穩定流動,以及符合實際幾何形狀的流量係數,而非通用估值。
孔口流量範例
以下範例使用不可壓縮銳邊孔口公式。
| 輸入值 | 流量 | 應用 |
|---|---|---|
| 25.4 mm,50 kPa,水,Cd 0.61 | 3.096 L/s | 一英吋銳邊水孔口。 |
| 6.35 mm,300 kPa,密度為 850 kg/m³ 的油,Cd 0.65 | 0.547 L/s | 液壓計量節流孔。 |
| 10 mm,10 kPa,水,Cd 0.62 | 0.217 L/s | 小型低壓出水口。 |
如何計算孔口流量
- 量測圓形孔口的淨直徑,並以毫米輸入。
- 以帕斯卡輸入上游至下游的壓差。
- 輸入流體密度及適合該開口的流量係數。
- 選擇「計算流量」,查看兩種 SI 流量單位的結果與理想速度。
孔口流量常見問題
應該使用哪個流量係數?
薄壁銳邊孔口常採用約 0.61,但幾何形狀與雷諾數會影響數值。重要量測應使用校正資料或標準規定的數據。
這個計算機可以處理空氣或蒸氣嗎?
只有在壓降很小、密度變化可忽略時才適用。氣體壓力比顯著時,需要可壓縮流公式,並可能須考慮阻塞流。
為什麼實際流量低於理想流量?
流體通過邊緣後會收縮,並因紊流與黏性而損失能量。流量係數綜合反映這些影響。
管徑會影響結果嗎?
孔板安裝在管內時會有影響,因為上游流速與直徑比 beta 會影響計量特性。此簡化自由孔口模型不要求輸入管徑。
流量和流速有什麼不同?
流速描述噴流移動的快慢,體積流量還包含開口面積的影響。相同流速下,較大的開口可通過更多體積的流體。