Hoe kan ik de stroomsnelheid berekenen?

Hoi allemaal,

stel ik heb een plas die een in principe oneindig groot is. Nou leg ik een buis met de oppervlakte van bijvoorbeeld 1m2 aan aan de rand van dit water (net onder de waterspiegel, dus de waterdruk is van dat niveau), die uitvloeit in een bassin.

Heeft iemand van jullie een idee hoe ik hievan de stroomsnelheid kan berekenen? Ik kom er niet uit namelijk, ook naar debieten gekeken, maar die kan ik niet gebruiken volgens mij.

Bij voorbaat dank!

Verwijderde gebruiker

7 jaar geleden

in: Natuur- en scheikunde

19.5K

19.5K keer bekeken

erotisi

7 jaar geleden

Je moet gewoon eerst bijhouden hoe snel dat bassin vol loopt. Als de hoeveelheid bijv. toeneemt met 1m3 per seconde en de buis is 1m2 dan kun je de snelheid uitrekenen. v=Q/A Q=2m3/s
A=1m2
v=8m/s

Verwijderde gebruiker

7 jaar geleden

Het water moet van snelheid 0 naar de stroomsnelheid versneld worden, en heeft dan kinetische energie. Het hoogteverschil tussen in- en uitstroom is de drijvende kracht! Met mgh= ½mv² komt de snelheid op pakweg 3 m/s uit. Een eerste benadering.

Heb je meer informatie nodig om de vraag te beantwoorden? Reageer dan hier.

Antwoorden (2)

Je kan een gemiddelde stroomsnelheid berekenen m.b.v. de Wet van Hagen-Poiseuille.
https://nl.wikipedia.org/wiki/Wet_van_Hagen-Poiseuille

In eerste instantie is dit voor een drukverschil, maar de gemiddelde snelheid kan je hier gemakkelijk uithalen:

Vgem = delta P * d^2 / 32 n * L

n = de dynamische viscositeit in Pa.s = water (20 °C): 1,002 mPa·s
L = lengte in meters = 1
delta P = het drukverschil in Pa = deltaP voor 0,5 m water = 0,05 bar = 5000 Pa
d^2 = diameter in meters = 1

Vgem = 5000 * 1 / 32 * 1 * 1
= 156.25 m/s

Een vrij hoge snelheid, maar je kan je wellicht voorstellen dat als je een heel meer erachter hebt zitten en een gat van 1 m doorsnee, dat dit best wel mogelijk is.

De druk heb ik genomen als een halve meter, het gemiddelde van alle drukken over een diepte van 1 meter. Met als aanname dat de druk aan de andere kant 1 bar is (dus geen water wat blijft liggen. Als er wel water blijft liggen, wordt de delta P wat lager en dus ook de stroomsnelheid.

Hopelijk kan je hier wat mee.

(Lees meer...)

Thecis

7 jaar geleden

erotisi

7 jaar geleden

Die hoge snelheid zet me toch aan het denken. Dat is een snelheid van bijna 600 km/u, dat is wel heel snel. Vandaar dat ik me afvraag of dat drukverschil wel klopt?
Of eigenlijk wat slaat dat drukverschil nu precies op en zou het druk verschil, gezien de gelijke ligging van de buis met het water of beter gelijk aan de druk op de oppervlakte van dat water. Stel we nemen aan dat er geen drukverschil is dan kom je op een snelheid van 32m/s (+/-120km/u). Ook nog snel...

Thecis

7 jaar geleden

@erotisi
Ik snap heel goed wat je bedoelt. Het is een hoge snelheid. ca 560 km/h.
Ik kwam in eerste instantie hoger uit, maar had al gezien dat ik een rekenfout had gemaakt. Maar laat het me gerust weten waar ik (eventueel) fout ga. Een drukverschil van 0 zorgt echter niet voor stroming. Dat blijkt ook uit de formule dat er dan 0 uitkomt.
Echter, ik kan me nog voorstellen dat mijn aanname van 0.05 bar (of de omrekening naar 5000 Pa) niet correct is. Maar zelf kom ik er niet zo snel achter. Maar zoals gezegd, schiet er op en laat me weten waar ik (eventueel) fout ben gegaan.

Thecis

7 jaar geleden

50 cm water = 4903 Pa
http://www.convert-me.com/en/convert/pressure/mwater.html

erotisi

7 jaar geleden

Ik probeer wat mee te denken, maar ik begrijp zelf het drukverschil niet zo goed. Stel ik heb een plastic bekertje en ik maak bovenin een gaatje net onder het oppervlak, dan gaat het water er ook uit. Tot dat natuurlijk het waterpeil onder het gaatje komt, maar dat even ter vereenvoudiging.
In de vraag gaat dat gaatje natuurlijk gewoon mee omlaag. Maar maakt het dan nog uit hoeveel water er in dat bekertje zit. Misschien niet, en is de luchtdruk op het oppervlak van het water maar een heel klein beetje groter dan buiten het bekertje doordat er toch water zit. Dus misschien moet de druk gewoon omlaag?

Thecis

7 jaar geleden

Drukverschil tussen punt A en punt B (punt A is de kant van de buis die in het meer steekt en punt B is de open andere kant waar het water er uit komt). Als er geen drukverschil is, is er geen reden om te stromen.
Het voorbeeld wat je geeft, is net anders. Daar heb je een beperkte hoeveelheid water. De vraagsteller had het over "een plas die in principe oneindig groot is". Ofwel, het waterpeil zakt niet. De luchtdruk is van toepassing natuurlijk. Maar de luchtdruk is aan beide kanten hetzelfde. Dus wat betreft luchtdruk is er geen drukverschil. De enige die tot delta P bij draagt, is m.i. de waterdruk tot 1 m diepte (wat ik benaderd heb als de diepte van 0.5 meter aangezien druktoename onder water lineair is). Ik denk wel dat de druk naar beneden moet (alshet antwoord niet juist is), maar hoe precies weet ik niet. Het kan ook zijn dat de formule alleen van toepassing is voor die eerste paar momenten en dat daarna het drukverschil afneemt omdat water er uit spuit (dus dat het drukverschil lager is wanneer de situatie constant is).

Verwijderde gebruiker

7 jaar geleden

Als punt A hoger ligt dan punt B gaat het water stromen! Bedenk daarbij dat het water voor de ingang van A vrijwel stil staat, en bij punt B een zekere snelheid heeft. Vereenvoudigd zou je kunnen zeggen dat de potentiële energie op positie A (= mgh) omgezet wordt in kinetische energie op punt B (=1/2 m v^2). Aangezien de massa van de "waterdruppel" (m) wegvalt, geldt v^2= 2 gh. Met g=9,8 en h= 0,5 m krijgen voor de snelheid v ongeveer 3 m/s. Door wrijving, die hier verwaarloosd is, zal de stroomsnelheid nog wat lager zijn.

Thecis

7 jaar geleden

@ruiter46.
Is een hele goede insteek. Aangezien het meer oneindig groot is,weet ik echter niet of je het hier hebt over een vrije val (want continue druk). Dus ik weet niet zeker of je het dus met mgh = 0.5 mv^2 mag berekenen.

Verwijderde gebruiker

7 jaar geleden

@Thecis Dat het meer oneindig groot is, heeft als gevolg dat het waterpeil niet daalt. Verder is van belang dat het hoogteverschil tussen het waterpeil in het meer en de uitstroomopening de drijvende kracht levert: het is een hevel.

Thecis

7 jaar geleden

@Ruiter46
Klopt, het waterpeil zal inderdaad niet zakken. Dus heb je een continue druk achter het water staan. En dat is precies de reden waarom ik me afvroeg of je inderdaad mgh = 1/2mv^2 mocht gebruiken. Het is namelijk geen vrije val meer.

Bekijk in eerste instantie de situatie dat er geen wrijving is. De wet van Bernoulli zegt dan dat p/rho + gh + ½v²= constant langs een stroomlijn. Vóór de instroomopening geldt: v=0; h= h1. Aan het eind van de buis geldt: v=v2; h=h2. Het drukverschil (p-waarden, luchtdruk) is nul. g=zwaartekrachtversnelling= 9,8 m/s².
Dan volgt: g(h1-h2)= ½v² of v=wortel(2g(h1-h2)).
Als we de pijp verkleinen (b.v. tot 50 mm diameter) en het hoogteverschil op 500 mm stellen, leidt deze formule tot v=3,1 m/s. Met wrijving zal dat iets minder zijn.
Voor een grote pijp die net onder het wateroppervlak zit is de vraag: wat zijn de waarden van h1 en h2? Dat is veel lastiger, en de eenvoudige formule werkt dan niet meer. Toch zal het hoogteverschil de belangrijkste factor blijven.

(Lees meer...)

Verwijderde gebruiker

7 jaar geleden

Weet jij het beter..?

Het is niet mogelijk om je eigen vraag te beantwoorden Je mag slechts 1 keer antwoord geven op een vraag Je hebt vandaag al antwoorden gegeven. Morgen mag je opnieuw maximaal antwoorden geven.

0 / 2500