Volumenstrom

Was ist der Volumenstrom?

Der Volumenstrom Q gibt an, welches Fluidvolumen pro Sekunde durch einen Querschnitt fließt. Bei gleichmäßiger Geschwindigkeit über den Querschnitt ist das einfach das Produkt aus Querschnittsfläche und mittlerer Strömungsgeschwindigkeit.

Volumenströme sind die Basis jeder Auslegung von Rohrleitungen, Pumpen, Lüftungsanlagen und chemischen Reaktoren. Übliche Einheiten: m³/s, l/s, l/min, m³/h.

Die Formel

Q = A · v

Umstellungen:
    A = Q / v
    v = Q / A

Wegen der Kontinuität ist Q in einer geschlossenen, inkompressiblen Strömung an jedem Querschnitt gleich.

Die Variablen

Umrechnungen: 1 m³/s = 1000 l/s = 60 000 l/min = 3600 m³/h.

Minimal-Beispiel

A = 0,005 m², v = 2 m/s:

Q = A · v
  = 0,005 · 2
  = 0,01 m³/s
  = 10 l/s
  = 36 m³/h

Praxis-Beispiele

Beispiel 1 — Wasserhahn

Wasserstrahl mit Durchmesser 12 mm und v = 1,5 m/s:

A = π/4 · 0,012² ≈ 1,131 · 10⁻⁴ m²
Q = A · v       = 1,131e−4 · 1,5
                ≈ 1,70 · 10⁻⁴ m³/s
                ≈ 0,17 l/s
                ≈ 10,2 l/min

Beispiel 2 — Heizungsrohr DN 20

Innendurchmesser 20 mm, v = 0,8 m/s:

A = π/4 · 0,020² ≈ 3,142 · 10⁻⁴ m²
Q = 3,142e−4 · 0,8
                ≈ 2,51 · 10⁻⁴ m³/s
                ≈ 0,90 m³/h

Beispiel 3 — Lüftungsdüse

Quadratische Düse 200 × 200 mm, Luftgeschwindigkeit v = 5 m/s:

A = 0,20 · 0,20  = 0,04 m²
Q = 0,04 · 5     = 0,2 m³/s
                 = 720 m³/h

Beispiel 4 — Infusion

Infusionsschlauch 3 mm Innendurchmesser, mittlere Geschwindigkeit v = 0,05 m/s:

A = π/4 · 0,003² ≈ 7,07 · 10⁻⁶ m²
Q = 7,07e−6 · 0,05 ≈ 3,53 · 10⁻⁷ m³/s
                    ≈ 1,27 ml/min

Beispiel 5 — Kühlkreislauf eines Rechenzentrums

Eine Pumpe soll 30 m³/h fördern. Rohr-Innendurchmesser 50 mm. Resultierende Geschwindigkeit?

Q = 30 / 3600    ≈ 8,33 · 10⁻³ m³/s
A = π/4 · 0,050² ≈ 1,963 · 10⁻³ m²
v = Q / A        ≈ 4,25 m/s

Über 4 m/s — eine Stufe größeres Rohr wäre angemessen, um Geräusche und Druckverluste zu reduzieren.