虹吸现象
问题1:出水孔是否会有气泡进入而使虹吸现象中断? 答:只要水源有足够的水量,虹吸管就会连续出流,不会有气泡进入而使虹吸现象中断。 问题2:如果不会中断,那如果连通管的直径增加是否会中断呢?比如说500mm直径的管子。 答:同上水源充足,管径增大不会中断,工程中虹吸管直径有比500mm更大的,你可以到大型的自来水厂看看(如虹吸滤池的虹吸进水管)。 问题3:虹吸现象是否会中断和管子的直径有关吗(前提是出水口露在空气中) 答:虹吸管的过流量与管子的直径有关。只要起始运行时经过完全排气,有足够的水源和落差。当然,如果虹吸出口在水下出流,运行更稳定。 问题4、问题5一并通过推导回答如下: 实际上虹吸流动时有水流阻力,有能量损失,需知道虹吸管的长度及布置情况。做为初学,可假定为理想情况,不考虑能量损失。 设水源水面到虹吸管出口的高差为H,列水源水面到虹吸管出口的伯努利方程得: H1=V^2/(2g) , 得虹吸流速:V=(2gH1)^(1/2) 虹吸流量:Q=(3.14D^2/4)(2gH1)^(1/2) D为虹吸管内径。 设最高点压强为P,虹吸管最高点到出口的高差为H2,列最高点到出口的伯努利方程得: H2+P/(pg)+V^2/(2g)=V^2/(2g) 得:P = -pgH2 (相对压强,即不包括大气压,相对压强为负值,即绝对压强小于大气压,就是处于一定的真空状态,理论上最大真空值不能超过10米水柱,即H2<10米水柱) 也可列容器液面到最高点的伯努利方程: 0=H3+P/(pg)+V^2/(2g) P=-pg[H3+V^2/(2g)]=-pg[H3+H1] = -pgH2 (答案与上面相同) 当然虹吸管的工作条件之一是虹吸管必须先充满水,而且管道不进气(容易进气的部位是在虹吸管的顶部,因为此处压强小于大气压,而虹吸管两端进出口处都大于大气压,倒不容易进气。)因此虹吸管壁不能有孔眼和裂缝。因实际的水流有阻力,有能量损失,虹吸管顶点的允许安装高度远小于10米! 说明:本例在不考虑水流能量损失,而且虹吸管截面是均匀的情况下,得出与截面积、管长、流速无关。但实际有水流的能量损失,计算要远比以上复杂。
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