体積流量

物理学や工学、特に流体力学では、体積流量（体積流量、または体積速度とも呼ばれる）は単位時間あたりに通過する流体の体積であり、通常は記号Qで表されます（場合によっては、${\displaystyle {\dot {V}}}$SI単位は立方メートル毎秒（m³ ^/ s）です。

これは、もう1つの主要な流体流量の種類である質量流量とは対照的です。ほとんどの場合、「流体流量」という表現は体積流量を指していると考えられます。水文測定では、体積流量は流量として知られています。

単位面積を通過する体積流量は体積流量と呼ばれ、ダルシーの法則で定義され、記号qで表される。逆に、体積流量をある面積にわたって積分すると、体積流量が得られる。

SI単位は立方メートル毎秒(m ³ /s)です。使用される別の単位は標準立方センチメートル毎分(SCCM) です。米国の慣用単位と帝国単位では、体積流量は立方フィート毎秒 (ft ³ /s) またはガロン毎分(米国または帝国の定義のいずれか) で表されることがよくあります。海洋学では、スベルドラップ(記号: Sv、シーベルトと混同しないように) は非SIメートル法の流量単位で、1 Svは100万立方メートル毎秒 (35,000,000 cu ft/s)に相当します。^{[ 1 ] [ 2 ]}これは SI 組立単位の立方ヘクトメートル毎秒 (記号: hm ³ /s または hm ³ ⋅s ⁻¹ ) に相当します。ハラルド・スヴェルドラップにちなんで名付けられたこの単位は、海洋学において、海流の体積輸送速度を測定するためにほぼ専ら使用されている。   

体積流量は限界によって定義される

${\displaystyle Q={\dot {V}}=\lim \limits _{\Delta t\to 0}{\frac {\Delta V}{\Delta t}}={\frac {\mathrm {d} V}{\mathrm {d} t}},}$

すなわち、単位時間tあたりに表面を通過する流体の体積Vの流れ。

これは体積の時間微分であり、スカラー量であるため、体積流量もスカラー量となります。体積の変化とは、境界を一定時間通過した後に流れる量であり、境界における初期体積から最終体積を差し引いたものではありません。定常流の場合、その領域を通過する体積の変化はゼロになるからです。

IUPAC ^{[ 3 ]}は表記法を推奨しています$q_v$^{[ 4 ]}および$q_m$^{[ 5 ]}それぞれ体積流量と質量流量を表し、表記と区別するため${\displaystyle Q}$^{[ 6 ]}熱のために。

体積流量は次のように定義することもできます。

${\displaystyle Q=\mathbf {v} \cdot \mathbf {A} ,}$

どこ

v =流速、

A =断 面積/表面積のベクトル。

上記の式は、流速が均一または均質で、断面が平坦または平面の場合にのみ成り立ちます。一般に、流速が空間的に変化する、または非均質で、曲面を含む場合、この式は面積分になります。

${\displaystyle Q=\iint _{A}\mathbf {v} \cdot \mathrm {d} \mathbf {A} .}$

これは実際に使用される定義です。体積流量を計算するために必要な面積は、実面積または虚面積、平面または曲面、断面積または表面のいずれかです。ベクトル面積は、体積が通過する面積の大きさAと、その面積に垂直な単位ベクトルの組み合わせです。${\displaystyle {\hat {\mathbf {n} }}}$関係は${\displaystyle \mathbf {A} =A{\hat {\mathbf {n} }}}$。

質量流量が既知で、密度が一定と仮定できる場合、これは簡単に取得できる方法です。${\displaystyle Q}$:

${\displaystyle Q={\frac {\dot {m}}{\rho }},}$

どこ

ṁ =質量流量(kg/s)、

ρ =密度(kg/m³ ⁾。

内燃機関では、時間面積積分はバルブ開度範囲にわたって考慮される。時間リフト積分は次のように与えられる。

${\displaystyle \int L\,\mathrm {d} \theta ={\frac {RT}{2\pi }}(\cos \theta _{2}-\cos \theta _{1})+{\frac {rT}{2\pi }}(\theta _{2}-\theta _{1}),}$

ここで、 Tは1回転あたりの時間、Rはカムシャフトの中心線からカム先端までの距離、rはカムシャフトの半径（つまり、R − rは最大リフト量）、θ ₁はバルブが開き始める角度、θ ₂はバルブが閉じる角度（秒、mm、ラジアン）です。これはバルブスロートの幅（円周）で補正する必要があります。答えは通常、シリンダーの掃気容積に関係します。

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