محاسبات و طراحی

محاسبه حجم مخزن افقی نیمه‌پر از روی ارتفاع مایع

چند لیتر در مخزن افقی مانده؟ فرمول حجم پوسته و عدسی‌ها در ارتفاع مشخص مایع، با مثال عددی و جدول درصد پر بودن.

سطح مایع داخل مخزن استوانه‌ای افقی و ارتفاع آن
زمان مطالعه۸ دقیقه
انتشار۳۰ مهر ۱۴۰۵
نویسندهواحد طراحی مخازن
دستهمحاسبات و طراحی

چند لیتر در مخزن افقی مانده؟ فرمول حجم پوسته و عدسی‌ها در ارتفاع مشخص مایع، با مثال عددی و جدول درصد پر بودن.

چرا ساده نیست؟

در مخزن عمودی، حجم با ارتفاع مایع رابطه خطی دارد: نصف ارتفاع یعنی نصف حجم. در مخزن افقی این‌طور نیست. ارتفاع ۲۵ درصد قطر، فقط حدود ۲۰ درصد حجم را پر می‌کند و ارتفاع ۷۵ درصد حدود ۸۰ درصد را. برای همین خط‌کش اندازه‌گیری سطح مخزن افقی بدون جدول تبدیل، عدد درستی نمی‌دهد. فرمول حجم کامل مخزن پر را در مقاله محاسبه حجم مخزن نوشته‌ایم. اینجا فقط حالت نیمه‌پر را بررسی می‌کنیم.

حجم پوسته در ارتفاع h

مقطع مایع در پوسته یک قطعه دایره است. مساحت آن با شعاع r و ارتفاع مایع h این است: A = r² × arccos((r − h) / r) − (r − h) × √(2rh − h²). زاویه arccos باید به رادیان باشد. حجم مایع در پوسته برابر است با A ضربدر طول پوسته.

حجم مایع در عدسی‌ها

دو عدسی بیضوی یا نیم‌کره روی هم یک بیضی‌گون کامل می‌سازند. حجم مایع داخل هر دو عدسی با ارتفاع h برابر است با: V = π × a × h² × (3r − h) / (3r). در این فرمول a عمق هر عدسی است: برای عدسی بیضوی ۲:۱ برابر D/4 و برای نیم‌کره برابر r. در h = 2r، این فرمول دقیقاً حجم کامل دو عدسی را می‌دهد.

برای عدسی توری‌اسفریکال فرمول بسته ساده‌ای وجود ندارد. با فرمول بیضوی و عمق واقعی عدسی، تقریب قابل قبولی به دست می‌آید. چون سهم عدسی‌ها از کل حجم معمولاً کم است، خطای آن در عدد نهایی ناچیز است.

مثال عددی

مخزن افقی با قطر ۲ متر، طول پوسته ۵ متر، عدسی ۲:۱، ارتفاع مایع ۰٫۵ متر
  1. r = ۱ متر و r − h = ۰٫۵ متر
  2. arccos(۰٫۵) = ۱٫۰۴۷۲ رادیان و √(2rh − h²) = √۰٫۷۵ = ۰٫۸۶۶
  3. مساحت مقطع: ۱٫۰۴۷۲ − ۰٫۵ × ۰٫۸۶۶ = ۰٫۶۱۴ مترمربع
  4. حجم پوسته: ۰٫۶۱۴ × ۵ = ۳٫۰۷ مترمکعب
  5. حجم عدسی‌ها با a = ۰٫۵: π × ۰٫۵ × ۰٫۲۵ × ۲٫۵ / ۳ = ۰٫۳۳ مترمکعب
  6. جمع: حدود ۳٫۴ مترمکعب، یعنی ۳ هزار و ۴۰۰ لیتر از ۱۷ هزار و ۸۰۰ لیتر حجم کل (حدود ۱۹ درصد)

جدول سریع: درصد ارتفاع به درصد حجم پوسته

ارتفاع مایع (درصد قطر)حجم پوسته (درصد کل)
۱۰٪حدود ۵٫۲٪
۲۰٪حدود ۱۴٫۲٪
۲۵٪حدود ۱۹٫۶٪
۳۰٪حدود ۲۵٫۲٪
۴۰٪حدود ۳۷٫۴٪
۵۰٪۵۰٪
۶۰٪حدود ۶۲٫۶٪
۷۵٪حدود ۸۰٫۴٪
۹۰٪حدود ۹۴٫۸٪

این جدول فقط برای پوسته است. عدسی‌ها کمی متفاوت رفتار می‌کنند، ولی در مخزن‌های بلند سهمشان کم است. برای جدول دقیق کالیبراسیون یک مخزن مشخص، حساب کامل لازم است. محاسبه آنلاین مخزن ابعاد و حجم مخزن را نشان می‌دهد.

خلاصه

در مخزن افقی، ارتفاع و حجم رابطه خطی ندارند. فرمول قطعه دایره برای پوسته و فرمول بیضی‌گون برای عدسی‌ها، حجم را در هر ارتفاعی با دقت خوب می‌دهد.

برچسب‌ها:حجم مخزن افقیمحاسبه حجم مخزن نیمه پرجدول کالیبراسیون مخزن

مقالات مرتبط

پروژه‌ای در دست طراحی دارید؟

برگه داده یا حتی توضیح شفاهی شرایط کاری را بفرستید، محاسبات اولیه و پیشنهاد فنی را دریافت می‌کنید.

درخواست مشاوره فنی