流量轉換器
流量轉換器 — 從 L/s 到 CFM, GPM, kg/h 及更多
在 5 個類別的 51 種單位之間轉換流量:體積流量 (L/s, gal/min, CFM)、質量流量 (kg/s, lb/h) 和專用單位 (桶/天, MGD)。包括質量-體積轉換時的水密度考量。
流量基礎知識
體積流量
單位時間內的流體體積。單位:L/s, m3/h, gal/min, CFM (ft3/min)。最常用於泵、管道、HVAC。在體積測量範圍內與流體類型無關。
- L/s:公制標準
- gal/min (GPM):美國管道系統
- CFM:HVAC 氣流
- m3/h:大型系統
質量流量
單位時間內的流體質量。單位:kg/s, lb/h, t/day。用於化學過程。轉換為體積需要知道密度!水 = 1 kg/L,油 = 0.87 kg/L,不一樣!
- kg/s:SI 質量流量
- lb/h:美國工業
- 轉換體積需要密度!
- 通常假設為水
體積流量 vs 質量流量
質量流量 = 體積流量 x 密度。1 kg/s 的水 = 1 L/s (密度 1 kg/L)。同樣 1 kg/s 的油 = 1.15 L/s (密度 0.87 kg/L)。轉換時務必檢查密度!
- m = ρ x V (質量 = 密度 x 體積)
- 水:假設為 1 kg/L
- 油:0.87 kg/L
- 空氣:0.0012 kg/L!
- 體積流量:L/s, gal/min, CFM (m3/min)
- 質量流量:kg/s, lb/h, t/day
- 透過密度關聯:m = ρ × V
- 水密度 = 1 kg/L (轉換時假設)
- 其他流體:乘以密度比
- 為求準確,務必指明流體類型!
流量系統
公制體積流量
全球通用的 SI 單位。以公升/秒 (L/s) 為基本單位。立方公尺/小時 (m3/h) 用於大型系統。毫升/分鐘 (mL/min) 用於醫療/實驗室。
- L/s:標準流量
- m3/h:工業用
- mL/min:醫療用
- cm3/s:小體積
美國體積流量
美國慣用單位。加侖/分鐘 (GPM) 用於管道系統。立方英尺/分鐘 (CFM) 用於 HVAC。液體盎司/小時用於小流量。
- GPM:管道標準
- CFM:氣流 (HVAC)
- ft3/h:氣體流量
- fl oz/min:配藥
質量流量與專用單位
質量流量:kg/s, lb/h 用於化工廠。桶/天 (bbl/day) 用於石油。MGD (百萬加侖/天) 用於水處理。英畝-英尺/天用於灌溉。
- kg/h:化學工業
- bbl/day:石油生產
- MGD:水處理廠
- acre-ft/day:灌溉
流量的物理學
連續性方程式
管道中流量恆定:Q = A x v (流量 = 面積 x 速度)。窄管 = 流速快。寬管 = 流速慢。通過的體積相同!
- Q = A × v
- 面積越小 = 速度越高
- 體積守恆
- 不可壓縮流體
密度與溫度
密度隨溫度變化!水在 4°C 時:1.000 kg/L。在 80°C 時:0.972 kg/L。這會影響質量-體積轉換。務必指明條件!
- ρ 隨 T 變化
- 水密度在 4°C 達到峰值
- 熱流體密度較低
- 指明溫度!
可壓縮流
氣體會壓縮,液體不會。空氣流量需要壓力/溫度校正。標準條件:1 atm, 20°C。體積流量隨壓力變化!
- 氣體:可壓縮
- 液體:不可壓縮
- STP:1 atm, 20°C
- 需為壓力進行校正!
常見流量基準
| 應用 | 典型流量 | 備註 |
|---|---|---|
| 花園軟管 | 15-25 L/min (4-7 GPM) | 住宅澆水 |
| 淋浴噴頭 | 8-10 L/min (2-2.5 GPM) | 標準流量 |
| 廚房水龍頭 | 6-8 L/min (1.5-2 GPM) | 現代低流量 |
| 消防栓 | 3,800-5,700 L/min (1000-1500 GPM) | 市政供應 |
| 汽車散熱器 | 38-76 L/min (10-20 GPM) | 冷卻系統 |
| 靜脈注射 (醫療) | 20-100 mL/h | 患者補水 |
| 小型水族箱泵 | 200-400 L/h (50-100 GPH) | 魚缸循環 |
| 家用空調機組 | 1,200-2,000 CFM | 3-5 噸系統 |
| 工業泵 | 100-1000 m3/h | 大規模輸送 |
實際應用
HVAC 與管道系統
HVAC:使用 CFM (立方英尺/分鐘) 表示氣流。典型住宅:每噸空調 400 CFM。管道系統:使用 GPM 表示水流。淋浴:2-2.5 GPM。廚房水龍頭:1.5-2 GPM。
- 空調:400 CFM/噸
- 淋浴:2-2.5 GPM
- 水龍頭:1.5-2 GPM
- 馬桶:1.6 GPF
石油與天然氣工業
石油產量以桶/天 (bbl/day) 計算。1 桶 = 42 美國加侖 = 159 公升。管道:m3/h。天然氣:標準立方英尺/天 (scfd)。
- 石油:bbl/day
- 1 bbl = 42 gal = 159 L
- 管道:m3/h
- 天然氣:scfd
化學與醫療
化工廠:質量流量為 kg/h 或 t/day。靜脈注射:mL/h (醫療)。實驗室泵:mL/min。質量流量對反應至關重要 - 需要精確的量!
- 化學:kg/h, t/day
- 靜脈注射:mL/h
- 實驗室泵:mL/min
- 質量至關重要!
快速計算
GPM 轉換為 L/min
1 加侖 (美國) = 3.785 公升。快速:GPM x 3.8 ≈ L/min。或:GPM x 4 進行粗略估計。10 GPM ≈ 38 L/min。
- 1 GPM = 3.785 L/min
- GPM x 4 ≈ L/min (快速)
- 10 GPM = 37.85 L/min
- 輕鬆轉換!
CFM 轉換為 m3/h
1 CFM = 1.699 m3/h。快速:CFM x 1.7 ≈ m3/h。或:CFM x 2 進行粗略估計。1000 CFM ≈ 1700 m3/h。
- 1 CFM = 1.699 m3/h
- CFM x 2 ≈ m3/h (快速)
- 1000 CFM = 1699 m3/h
- HVAC 標準
質量轉換為體積 (水)
水:1 kg = 1 L (在 4°C)。所以 1 kg/s = 1 L/s。快速:對於水,kg/h = L/h。其他流體:除以密度!
- 水:1 kg = 1 L
- kg/s = L/s (僅限水)
- 油:除以 0.87
- 汽油:除以 0.75
轉換如何運作
- 步驟 1:確定流量類型 (體積或質量)
- 步驟 2:在同類型內正常轉換
- 步驟 3:質量到體積?需要密度!
- 步驟 4:若未指定,則假設為水
- 步驟 5:其他流體:應用密度校正
常用轉換
| 從 | 到 | 因子 | 範例 |
|---|---|---|---|
| L/s | L/min | 60 | 1 L/s = 60 L/min |
| L/min | GPM | 0.264 | 10 L/min = 2.64 GPM |
| GPM | L/min | 3.785 | 5 GPM = 18.9 L/min |
| CFM | m3/h | 1.699 | 100 CFM = 170 m3/h |
| m3/h | CFM | 0.589 | 100 m3/h = 58.9 CFM |
| m3/h | L/s | 0.278 | 100 m3/h = 27.8 L/s |
| kg/s | L/s | 1 (water) | 1 kg/s = 1 L/s (水) |
| lb/h | kg/h | 0.454 | 100 lb/h = 45.4 kg/h |
快速範例
計算題範例
泵尺寸選擇
需要在 10 分鐘內裝滿 1000 加侖的儲罐。泵的流量應為多少 GPM?
流量 = 體積 / 時間 = 1000 加侖 / 10 分鐘 = 100 GPM。公制:100 GPM x 3.785 = 378.5 L/min = 6.3 L/s。選擇額定值 ≥100 GPM 的泵。
HVAC 氣流
房間尺寸為 20 英尺 x 15 英尺 x 8 英尺。需要每小時 6 次換氣。需要多少 CFM?
體積 = 20 x 15 x 8 = 2400 ft3。每小時換氣次數 = 6,所以 2400 x 6 = 14,400 ft3/小時。轉換為 CFM:14,400 / 60 = 240 CFM。
質量流量轉換
化工廠:500 kg/h 的油 (密度 0.87 kg/L)。體積流量是多少 L/h?
體積 = 質量 / 密度 = 500 kg/h / 0.87 kg/L = 575 L/h。如果是水 (1 kg/L),則為 500 L/h。油的密度較小,所以體積更大!
常見錯誤
- **混淆質量流量和體積流量**:除非流體是水,否則 kg/s ≠ L/s!需要密度才能轉換。油、汽油、空氣都不同!
- **忘記密度受溫度影響**:熱水比冷水密度低。1 kg/s 的熱水 > 1 L/s。務必指明條件!
- **美國加侖 vs 英國加侖**:英國加侖大 20%!1 英制加侖 = 1.201 美制加侖。檢查是哪個系統!
- **混淆時間單位**:GPM ≠ GPH!檢查是每分鐘、每小時還是每秒。相差 60 或 3600 倍!
- **標準條件 vs 實際條件 (氣體)**:不同壓力/溫度的空氣體積不同。指明 STP 或實際情況!
- **假設為不可壓縮流**:氣體會壓縮,改變體積!蒸汽、空氣、天然氣都受壓力/溫度影響。
有趣的事實
消防栓的威力
典型消防栓:1000-1500 GPM (3800-5700 L/min)。這足以在 3 秒內裝滿一個普通浴缸 (50 加侖)!住宅供水服務僅為 10-20 GPM。
油桶的歷史
油桶 = 42 美國加侖。為什麼是 42?在 1860 年代,威士忌酒桶是 42 加侖 - 石油工業只是採用了相同尺寸!1 桶 = 159 公升。世界石油產量以百萬桶/天計算。
CFM = 舒適
HVAC 規則:每噸冷卻能力需要 400 CFM。一個 3 噸的家用空調 = 1200 CFM。CFM 太低 = 循環不良。太高 = 浪費能源。剛剛好 = 舒適的家!
MGD 用於城市
水處理廠的額定處理能力以 MGD (百萬加侖/天) 計算。紐約市:1000 MGD!相當於每天 378 萬立方公尺。平均每人每天用水 80-100 加侖。
礦工英寸
歷史上的水權單位:1 礦工英寸 = 0.708 L/s。源自淘金熱時代!指在 6 英寸水頭下 1 平方英寸開口的流量。在美國西部一些水權中仍在使用!
靜脈注射的精確度
醫療靜脈注射:20-100 mL/h。相當於 0.33-1.67 mL/min。精確度至關重要!滴數計數:標準為 60 滴/mL。每秒 1 滴 = 60 mL/h。
流量測量史
1700年代
早期流量測量。水車、桶和碼錶法。發現文丘里效應用於流量收縮測量。
1887
文丘里流量計發明。利用收縮管道中的壓力差來測量流量。現代形式仍在使用!
1920年代
孔板流量計標準化。簡單、廉價的流量測量方法。在石油和天然氣工業中廣泛採用。
1940年代
渦輪流量計開發。旋轉葉片測量流速。精度高,用於航空燃料。
1970年代
超聲波流量計。無活動部件!利用聲波傳輸時間。非侵入式,適用於大管道,精度高。
1980年代
質量流量計 (科里奧利)。直接測量質量,無需密度!振動管技術。對化學品行業具有革命性意義。
2000年代
帶有 IoT 的數字流量計。智能傳感器、實時監控、預測性維護。與樓宇管理系統集成。
專業提示
- **仔細檢查單位**:GPM vs GPH vs GPD。每分鐘、每小時或每天有巨大差異!相差 60 或 1440 倍。
- **用水假設警告**:質量到體積轉換器假設為水 (1 kg/L)。對於油:乘以 1.15。對於汽油:乘以 1.33。對於空氣:乘以 833!
- **HVAC 經驗法則**:每噸空調 400 CFM。快速確定尺寸!3 噸的房屋 = 1200 CFM。轉換:1 CFM = 1.7 m3/h。
- **泵曲線很重要**:流量隨揚程壓力而變化!揚程越高 = 流量越低。務必查看泵曲線,不要只使用最大額定值。
- **GPM 快速轉換**:GPM x 4 ≈ L/min。對於估算足夠接近!精確:x3.785。反向:L/min / 4 ≈ GPM。
- **指明條件**:溫度、壓力會影響流量 (特別是氣體)。務必說明標準條件或實際操作條件。
- **自動科學記數法**:大於等於 1 百萬或小於 0.000001 的值會自動以科學記數法顯示 (例如 1.0e+6),以提高可讀性!
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公制體積流量
| Unit | Symbol | Base Equivalent | Notes |
|---|---|---|---|
| 升/秒 | L/s | 1 L/s (base) | Commonly used |
| 升/分鐘 | L/min | 16.6667 mL/s | Commonly used |
| 升/小時 | L/h | 2.778e-4 L/s | Commonly used |
| 升/天 | L/day | 1.157e-5 L/s | — |
| 毫升/秒 | mL/s | 1.0000 mL/s | Commonly used |
| 毫升/分鐘 | mL/min | 1.667e-5 L/s | Commonly used |
| 毫升/小時 | mL/h | 2.778e-7 L/s | — |
| 立方公尺/秒 | m³/s | 1000.0000 L/s | Commonly used |
| 立方公尺/分鐘 | m³/min | 16.6667 L/s | Commonly used |
| 立方公尺/小時 | m³/h | 277.7778 mL/s | Commonly used |
| 立方公尺/天 | m³/day | 11.5741 mL/s | — |
| 立方公分/秒 | cm³/s | 1.0000 mL/s | — |
| 立方公分/分鐘 | cm³/min | 1.667e-5 L/s | — |
美制體積流量
| Unit | Symbol | Base Equivalent | Notes |
|---|---|---|---|
| 加侖(美制)/秒 | gal/s | 3.7854 L/s | Commonly used |
| 加侖(美制)/分鐘 (GPM) | gal/min | 63.0902 mL/s | Commonly used |
| 加侖(美制)/小時 | gal/h | 1.0515 mL/s | Commonly used |
| 加侖(美制)/天 | gal/day | 4.381e-5 L/s | — |
| 立方英尺/秒 | ft³/s | 28.3168 L/s | Commonly used |
| 立方英尺/分鐘 (CFM) | ft³/min | 471.9467 mL/s | Commonly used |
| 立方英尺/小時 | ft³/h | 7.8658 mL/s | Commonly used |
| 立方英寸/秒 | in³/s | 16.3871 mL/s | — |
| 立方英寸/分鐘 | in³/min | 2.731e-4 L/s | — |
| 液體盎司(美制)/秒 | fl oz/s | 29.5735 mL/s | — |
| 液體盎司(美制)/分鐘 | fl oz/min | 4.929e-4 L/s | — |
| 液體盎司(美制)/小時 | fl oz/h | 8.215e-6 L/s | — |
英制體積流量
| Unit | Symbol | Base Equivalent | Notes |
|---|---|---|---|
| 加侖(英制)/秒 | gal UK/s | 4.5461 L/s | Commonly used |
| 加侖(英制)/分鐘 | gal UK/min | 75.7682 mL/s | Commonly used |
| 加侖(英制)/小時 | gal UK/h | 1.2628 mL/s | Commonly used |
| 加侖(英制)/天 | gal UK/day | 5.262e-5 L/s | — |
| 液體盎司(英制)/秒 | fl oz UK/s | 28.4131 mL/s | — |
| 液體盎司(英制)/分鐘 | fl oz UK/min | 4.736e-4 L/s | — |
| 液體盎司(英制)/小時 | fl oz UK/h | 7.893e-6 L/s | — |
質量流量
| Unit | Symbol | Base Equivalent | Notes |
|---|---|---|---|
| 公斤/秒 | kg/s | 1 L/s (base) | Commonly used |
| 公斤/分鐘 | kg/min | 16.6667 mL/s | Commonly used |
| 公斤/小時 | kg/h | 2.778e-4 L/s | Commonly used |
| 克/秒 | g/s | 1.0000 mL/s | — |
| 克/分鐘 | g/min | 1.667e-5 L/s | — |
| 克/小時 | g/h | 2.778e-7 L/s | — |
| 公噸/小時 | t/h | 277.7778 mL/s | — |
| 公噸/天 | t/day | 11.5741 mL/s | — |
| 磅/秒 | lb/s | 453.5920 mL/s | — |
| 磅/分鐘 | lb/min | 7.5599 mL/s | — |
| 磅/小時 | lb/h | 1.260e-4 L/s | — |
專用和工業
| Unit | Symbol | Base Equivalent | Notes |
|---|---|---|---|
| 桶/天(石油) | bbl/day | 1.8401 mL/s | Commonly used |
| 桶/小時(石油) | bbl/h | 44.1631 mL/s | — |
| 桶/分鐘(石油) | bbl/min | 2.6498 L/s | — |
| 英畝-英尺/天 | acre-ft/day | 14.2764 L/s | Commonly used |
| 英畝-英尺/小時 | acre-ft/h | 342.6338 L/s | — |
| 百萬加侖/天 (MGD) | MGD | 43.8126 L/s | Commonly used |
| 立方英尺/秒 | cusec | 28.3168 L/s | Commonly used |
| 礦工英寸 | miner's in | 708.0000 mL/s | — |
常見問題
GPM 和 CFM 有什麼區別?
GPM = 加侖 (液體)/分鐘。用於水、液體。CFM = 立方英尺 (空氣/氣體)/分鐘。用於 HVAC 氣流。是不同的流體!1 GPM 的水重 8.34 磅/分鐘。1 CFM 的空氣在海平面重 0.075 磅/分鐘。體積相同,質量非常不同!
我可以將 kg/s 轉換為 L/s 嗎?
可以,但需要流體密度!水:1 kg/s = 1 L/s (密度 1 kg/L)。油:1 kg/s = 1.15 L/s (密度 0.87 kg/L)。汽油:1 kg/s = 1.33 L/s (密度 0.75 kg/L)。空氣:1 kg/s = 833 L/s (密度 0.0012 kg/L)!務必檢查密度。我們的轉換器在未指定時假設為水。
為什麼我的泵流量會變化?
泵流量隨揚程壓力而變化!更高的提升/壓力 = 更低的流量。泵曲線顯示流量與揚程的關係。在零揚程 (開放排放) 時:流量最大。在最大揚程 (閥門關閉) 時:流量為零。檢查泵曲線以確定實際工作點。切勿只使用最大流量額定值!
我的 HVAC 系統需要多少流量?
經驗法則:每噸冷卻能力需要 400 CFM。3 噸空調 = 1200 CFM。5 噸 = 2000 CFM。公制:1 噸 ≈ 680 m3/h。根據管道阻力進行調整。流量太低 = 冷卻效果差。太高 = 噪音、能源浪費。建議進行專業的負荷計算!
美國加侖和英國加侖有什麼區別?
差別很大!英制加侖 (UK) = 4.546 公升。美國加侖 = 3.785 公升。英國加侖大 20%!1 英制加侖 = 1.201 美制加侖。務必指明是哪個系統!大多數轉換器默認為美國加侖,除非註明'英制'或'UK'。
如何選擇泵的尺寸?
三個步驟:1) 計算所需流量 (所需體積/時間)。2) 計算總揚程 (提升高度 + 摩擦損失)。3) 選擇一個泵,使其工作點 (流量 + 揚程) 位於泵曲線上最佳效率點 (BEP) 的 80-90%。增加 10-20% 的安全裕度。檢查 NPSH 要求。考慮系統曲線!