Ροή μέσω σιφωνιού. Πότε είναι δυνατή και πότε όχι;

[miltos]

Να το σχήμα.

 

Ο αέρας είναι τόσος ώστε μόλις έχει σταματήσει η ροή.

 

Δυστυχώς δεν μπορώ να κάνω το φόντο άσπρο και τις γραμμές μαύρες...

 

 

Αν το οριζόντιο σκέλος γίνει από μεγαλύτερη διατομή, ή φαρδύνει τοπικά, πετυχαίνουμε την δεξαμενή που έλεγα παραπάνω. Οπότε αυξάνεται η ποσότητα των αερίων που πρέπει να μαζευτούν για να σταματήσει η ροή.

 

 

[CostasV]

Ωραία!

Τι είναι αυτό που ενώ πριν 1 δευτερόλεπτο επέτρεπε την ροή (δηλαδή την διέλευση υγρού από το δεξί σκέλος στο αριστερό), τώρα πλέον δεν την επιτρέπει;

[mechatr0n]

Έχεις δίκιο Μίλτο..Δεν το πρόσεξα που είπες για κλειστή..

 

Κώστα..Οι τυχόν φυσαλίδες που ανέβαιναν με το νερό?

[miltos]

Κώστα δεν ξέρω αν σε πιάνω.

 

Γενικότερα η ροή διακόπηκε από αύξηση του όγκου του αερίου. Μπορεί πχ:

 

να προσθέθηκε κάποια ποσότητα αερίου

να αυξήθηκε η θερμοκρασία οπότε αυξήθηκε ο όγκος των αερίων λόγω διαστολής αλλά και επειδή αυξήθηκε η τάση ατμών του υγρού

να έπεσε η στάθμη και των δύο δεξαμενών, οπότε μειώθηκε η πίεση των αερίων και συνεπώς αυξήθηκε ο όγκος τους.

 

Σε κάθε περίπτωση η ροή δεν σταματά απότομα. Όσο μαζεύεται αέρας και αυξάνεται το ΔΗ της στάθμης στη στήλη, μειώνεται η διαθέσιμη πτώση πίεσης για τη ροή στο σιφώνι. Όταν μηδενιστεί η διαθέσιμη πτώση πίεσης η ροή σταματά.

 

(Δες τα ΔΗ που έχω σημειώσει. Όταν σταματήσει η ροή η διαφορά της στάθμης των δεξαμενών είναι ίση με τη διαφορά του ύψους της στήλης στα δύο σκέλη. Το ύψος της στήλης μετριέται από την ελεύθερη επιφάνεια των δεξαμενών, όπου επικρατεί ατμοσφαιρική πίεση.)

[CostasV]

mechatron , ναι, οι φυσαλίδες είναι αυτές που αυξάνουν τον όγκο του αέρα, αλλά τί είναι αυτό που κάνει δυνατή την ροή με όγκο αέρα Χ mm3, αλλά κάνει αδύνατη την ροή με όγκο Χ+1 mm3 ;

 

Σε κάθε περίπτωση η ροή δεν σταματά απότομα.

Αυτό καλό!

 

 

 

Όσο μαζεύεται αέρας και αυξάνεται το ΔΗ της στάθμης στη στήλη, μειώνεται η διαθέσιμη πτώση πίεσης για τη ροή στο σιφώνι. Όταν μηδενιστεί η διαθέσιμη πτώση πίεσης η ροή σταματά.

Οταν λες "διαθέσιμη πτώση πίεσης" εννοείς την πτώση πίεσης λόγω τριβών (και τοπικών απωλειών) του υγρού κατά μήκος του σιφωνιού; Θα φανεί ίσως περίεργο, αλλά δεν μπορώ να συνδέσω την ύπαρξη αέρα (το ΔΗ του αέρα που λες) με την πτώση πίεσης.

 

Η ροή μέσα στον οριζόντιο αγωγό, όταν υπάρχει αέρας στο πάνω μέρος του, από ποιές εξισώσεις περιγράφεται; Κλειστού αγωγού ή ανοιχτού αγωγού; Δεν ξέρω.

[mechatr0n]

Κώστα , με τις εξισώσεις που περιλαμβάνουν υδραυλική διάμετρο(ανοιχτού αγωγού στο οριζόντιο τμήμα με την περιβρεχόμενη επιφάνεια)..

 

Η ύπαρξη αέρα μέσα στο υγρό ως φυσαλίδα, δεν καθιστά αδύνατη την κίνηση..Ο εγκλωβισμός αέρα στο επάνω μέρος της οριζόντιας σωλήνας καθιστά αδύνατη την κίνηση..

 

Με απλά λόγια..Στο σχέδιο του Μίλτου..

 

1)Ξεκινά να ανεβαίνει μείγμα υγρού-αέρα στην αριστερη κάθετη σωλήνα..

 

2)Στο οριζόντιο τμήμα λόγω άνωσης ο αέρας εξέρχεται απο το μείγμα..

 

3)Κατεβαίνει μείγμα υγρού-αέρα στο δεξί κάθετο τμήμα (με μικρότερη περιεκτικότητα σε φυσαλίδες..)

 

 

Στο 2) αυτό που συμβαίνει είναι το εξής..Ο αέρας μαζεύεται σε τέτοιο σημείο αργά αργά, που δρα ως ελατήριο..Σηκώνει νερό από την δεξιά πλευρά και παραδίδει νερό στην αριστερή κάθετη σωλήνα..Επειδή όμως μαζεύεται σε σημείο ώστε να διακόπτει την ροή, σε κάποια στιγμή η μετάδοση κίνησης-ενέργειας σταματάει..

 

Η φυσαλίδα αν την φανταστούμε προσκολλημένη σε κάποια γωνία ή ευθύ σημείο σωλήνας, δημιουργεί ως σφαιρικό σώμα, τραχύτητα.. Αυτή η τραχύτητα δημιουργεί πτώση πίεσης..Επίσης παίζουν δυνάμεις συνοχής συνάφειας τριβής μεταξύ της μεμβράνης αέρα φυσαλίδας και υγρού που κινείται..Με απλά λόγια αυξάνεται το ιξώδες..

 

Θα μπορούσαμε να κάνουμε το ίδιο πείραμα με μέλι?Όχι..Θα ήθελε τεράστιες διατομές..Με μικρές διατομές δεν θα κυλούσε, διότι η τριβή κύλισης θα ήταν ισχυρότερη απο την υψομετρική διαφορά των δοχείων..

 

Επίσης στο σχέδιο του Μίλτου με τα ΔΗ, είναι για ιδανικό ρευστό, δηλαδή ασυμπίεστο και άτριβο..Στην πράξη το ΔΗ του κάθετου σωλήνα θα ήταν μικρότερο..

 

Ελπίζω να βγαίνει νόημα στο πως τα γράφω..

[miltos]

Οταν λες "διαθέσιμη πτώση πίεσης" εννοείς την πτώση πίεσης λόγω τριβών (και τοπικών απωλειών) του υγρού κατά μήκος του σιφωνιού

Δεν το έγραψα πολύ ξεκάθαρα. Όπου "διαθέσιμη πτώση πίεσης" βάλε "διαθέσιμο μανομετρικό".

 

Να πάρουμε πάλι την περίπτωση που το σιφώνι είναι γεμάτο με νερό. Δεν διαφέρει σε τίποτα*** με τη περίπτωση που το σιφώνι ήταν προς τα κάτω, δηλαδή αν ήταν U αντί για Π.

 

Στο σιφώνι λοιπόν έχουμε διαφορά πίεσης στα άκρα του ίση με την υψομετρική διαφορά της στάθμης των δεξαμενών ΔΗδ. Θα αναπτυχθεί λοιπόν μια ροή μέσα σε αυτό ώστε η πτώση πίεσης από το ένα άκρο στο άλλο να γίνει ίση με ΔΗδ.

 

Πρέπει αρχικά να συμφωνήσουμε σε αυτό.

 

*** υπό προυποθέσεις και όσο αφορά την κινητήρια δύναμη της ροής, αλλά ας μην ασχοληθούμε με αυτές, δεν έχει σημασία προς το παρών.

[AlexisPap]

Δεν είδα πουθενά το σχήμα! και εδώ που είμαι δεν μπορώ να φτιάξω ένα...

 

Έστω μία διαφορά στάθμης των δεξαμενών ίση με ΔΗ. Όταν μέσα στο σιφώνιο δεν υπάρχει αέρας, το ΔΗ είναι το μανομετρικό από άκρου σ' άκρο του αγωγού. Όταν αρχίσει να συγκεντρώνεται αέριο μέσα στο σιφώνιο, εφόσον υπάρχει ροή (και εφόσον μπορεί να αγνοηθεί η επιφανειακή τάση, και εφόσον η ταχύτητα της ροής δεν παρασύρει τις φυσαλίδες), όλο το αέριο συγκεντρώνεται στο ανώτερο τμήμα του κατιόντος σκέλους. Όταν το ύψος του αερίου καλύψει το ΔΗ, το ύψος στήλης στα δύο σκέλη εξισώνεται και η ροή σταματάει. Σε αγωγούς μέχρι Φ6 (εσωτερικά) είναι δύσκολο να σταματήσει η ροή αν δεν αναρροφηθεί σκέτος αέρας λόγω... επιφανειακή τάσης. Σε αγωγούς με σημαντική ταχύτητα ροής (λίγες δεκάδες εκατοστά ανά δευτερόλεπτο) δεν μπορεί να συγκρατηθεί αέρας γιατί οι φυσαλίδες παρασύρονται. Άρα για συγκεντρωθεί αρκετός αέρας πρέπει η ροή να είναι πολύ αργή, ή να αναρροφηθεί μεγάλη ποσότητα αέρα απευθείας από την εισαγωγή (λόγω πτώσης στάθμης). Φυσικά όλα έχουν να κάνουν και με την πίεση. Ένα σιφώνιο ύψους 8m έχει πίεση 0,2bar και κάθε λίτρο εισαγόμενου αέρα αντιστοιχεί σε 5 λίτρα στην κορυφή του σιφωνίου...

[miltos]

Κάτι παίζει με το σχήμα. Μάλον με τον firefox φαίνεται κανονικά ενώ με τον ΙΕ όχι.

 

Μπορείτε να το δείτε εδώ:

https://sites.google.com/site/mpapaste/uploads-michanikos/costav.bmp?attredirects=0

[AlexisPap]

Αναθερμαίνω το νήμα, με νεότερα πειραματικά δεδομένα... ( )

 

Σιφώνι μήκους 3m και ύψους 1,2m, από αλφαδολάστιχο με εσωτερική διάμετρο ~8mm, που παροχέτευε νερό από ανοιχτό δοχείο με παροχή ~3lt/h, με ΔH στάθμης - ελεύθερου άκρου ~60cm...

 

Η ροή διακόπηκε μετά από 15 ώρες. Δεν υπήρχαν φυσαλίδες στο νερό, όμως στο άνω μέρος του σωλήνα άρχισαν να δημιουργούνται διαρκώς διογκούμενες φυσαλίδες, που σύντομα (~2h) συνενώθηκαν δημιουργώντας έναν όγκο αέρα που έλαβε θέση στο άνω μέρος του κατιόντος κλάδου.

 

Φαίνεται λοιπόν ότι στο άνω μέρος του σιφωνίου είναι αναπόφευκτη η δημιουργία φυσαλίδων εξαιτίας της απελευθέρωσης διαλυμένων αερίων, λόγω της μικρότερης πίεσης που επικρατεί εκεί. Αν η ταχύτητα ροής δεν επαρκεί για να παρασυρθούν οι φυσαλίδες, η ροή είναι καταδικασμένη να διακοπεί.