Portata di massa
Centro Ricerche Glenn
La conservazione della massa è un concetto fondamentale della fisica. All’interno di un certo dominio del problema, la quantità di massa rimane costante – la massa non si crea né si distrugge. La massa di qualsiasi oggetto è semplicemente il volume che l’oggetto occupa per la densità dell’oggetto.Per un fluido (un liquido o un gas) la densità, il volume e la forma dell’oggetto possono cambiare nel dominio con il tempo. E la massa può muoversi attraverso il dominio. Nella figura, mostriamo un flusso di gas attraverso un tubo stretto. Non c’è accumulo o distruzione di massa attraverso il tubo; la stessa quantità di massa lascia il tubo come entra nel tubo. In qualsiasi piano perpendicolare alla linea centrale del tubo, passa la stessa quantità di massa. Chiamiamo la quantità di massa che passa attraverso un pianeta la portata di massa. La conservazione della massa (continuità) ci dice che la portata di massa attraverso un tubo è costante. Possiamo determinare il valore della portata massica dalle condizioni di flusso.
Se il fluido passa inizialmente attraverso un’area A alla velocità V, possiamo definire un volume di massa da spazzare via in una certa quantità di tempo. Il volume v è:
v = A * V * t
Un controllo delle unità dà area x lunghezza/tempo x tempo = area x lunghezza = volume. La massa m contenuta in questo volume è semplicemente la densità r per il volume.
m = r * A * V * t
Per determinare la portata di massa mdot, si divide la massa per il tempo. La definizione risultante della portata massica è mostrata in rosso nella diapositiva.
mdot = r * A * V
Come usano gli ingegneri questa conoscenza della portata massica? Dalla seconda legge del moto di Newton, le forze aerodinamiche su un aereo (portanza e resistenza) sono direttamente legate al cambiamento della quantità di moto di un gas nel tempo. La quantità di moto è definita come la massa per la velocità, quindi ci aspettiamo che le forze aerodinamiche dipendano dalla velocità del flusso di massa di un oggetto. La spinta prodotta da un sistema di propulsione dipende anche dal cambiamento di quantità di moto di un gas di lavoro. La spinta dipende direttamente dalla portata di massa attraverso il sistema di propulsione. Per il flusso in un tubo, la portata di massa è una costante. Per un flusso a densità costante, se candeggiamo (o impostiamo) la velocità in una zona nota, la equazione ci dice il valore della velocità per qualsiasi altra zona. Se desideriamo una certa velocità, conosciamo l’area che dobbiamo fornire per ottenere quella velocità. Questa informazione è usata nella progettazione delle gallerie del vento.
Considerando l’equazione della portata massica, sembrerebbe che per una data area, potremmo rendere la portata massica grande quanto vogliamo impostando la velocità molto alta. Tuttavia, nei fluidi reali, gli effetti di compressibilità limitano la velocità con cui un flusso può essere forzato attraverso un’area data. Se c’è una leggera strozzatura nel tubo, come mostrato nel grafico dell’ugello, il numero di Mach del flusso attraverso la strozzatura non può essere maggiore di uno. Questo è comunemente chiamato strozzamento del flusso e i dettagli della fisica sono dati in una pagina che considera le portate di massa comprimibili.
Attività:
Visite guidate
-
Equazioni di base della fluidodinamica: 
Navigazione.
Guida per principianti Home Page