Ροή μέσω σιφωνιού. Πότε είναι δυνατή και πότε όχι;

[AlexisPap]

Πολύ απλά: Η ροή θα διακοπεί όταν στο άνω μέρος του σίφωνα δημιουργηθεί αέριος όγκος τέτοιος ώστε το ύψος της ανιούσας στήλης ύδατος να εξομοιωθεί με το ύψος της κατιούσας στήλης (προφανώς τα δύο σκέλη αερίου δεν θα είναι ίσα).

 

Σε εξιδανικευμένες συνθήκες όπου θεωρούμε τέλειο μη πτητικό υγρό αυτό θα συμβεί όταν η πίεση που αντιστοιχεί στο ύψος της ανιούσας στήλης εξισωθεί με την ατμοσφαιρική πίεση. Τότε δεν θα έχουμε αέριο όγκο αλλά απόλυτο κενό.

 

Στις συνήθεις περιπτώσει όπου έχουμε πραγματικά υγρά (π.χ. νερό) που κινούνται με αξιοπρεπή ταχύτητα η μέγιστη δυνατή πίεση που αντιστοιχεί στο ύψος στήλης του ανιόντα κλάδου θα είναι η ατμοσφαιρική μείον την τάση ατμών μείον τις απώλειες. Ο αέριος όγκος θα είναι ατμός.

 

Όταν η ροή γίνει πολύ αργή ή διακοπεί τότε προλαβαίνουν και διαχωρίζονται (λόγω μειωμένης πίεσης) τα διαλυμένα στο νερό αέρια (Ν2, Ο2, CΟ2) και ο αέριος όγκος είναι μείγμα υδρατμών - αερίων. Στην περίπτωσης αυτή η ροή δεν μπορεί να αποκατασταθεί αν δεν αφαιρεθούν τα αέρια...

[Παπαγεωργίου]

Και τώρα AlexisPap πιστεύεις ότι απάντησες στα ζητούμενα του προβλήματος;

[AlexisPap]

Ναι! Πράγματι, απάντησα στα ζητούμενα του προβλήματος.

[CostasV]

Εϊπα να το ξαναπιάσω...

 

Πολύ απλά: Η ροή θα διακοπεί όταν στο άνω μέρος του σίφωνα δημιουργηθεί αέριος όγκος τέτοιος ώστε το ύψος της ανιούσας στήλης ύδατος να εξομοιωθεί με το ύψος της κατιούσας στήλης (προφανώς τα δύο σκέλη αερίου δεν θα είναι ίσα).

 

Tα ύψη της ανιούσας και της κατιούσας μπορούν να έχουν πολύ μικρή διαφορά (2-3 mm) όταν λειτουργεί η αντλια (άρα όταν κυκλοφορεί νερό και μέσα στα σιφώνια). Και τα ύψη της ανιούσας και της κατιούσας είναι ακριβώς ίσα όταν η αντλία σταματήσει.

Εάν ισχύει αυτό που λες παραπάνω, τότε η παραμικρή ποσότητα αέριου όγκου που τυχόν δημιουργηθεί στο άνω μέρος (που είναι σχεδόν οριζόντιο στο σχήμα) του σιφωνιού, θα έπρεπε να προκαλεί αδυναμία επανέναρξης της ροής. Αλλά αυτό δεν συμβαίνει στην πράξη.

Η ροή αδυνατεί να επανεκκινήσει μόνο όταν ο όγκος αερίου στο άνω μέρος του σιφωνιού ξεπεράσει κάποιο όριο. Οι ερωτήσεις μου είναι :

1. Ποιό είναι το όριο αυτό;

2. Για δεδομένο ύψος σιφωνιού πώς επηρεάζει η διάμετρος τον χρόνο "ακινησίας" του σιφωνιού μετά τον οποίο είναι δυνατή η επανεκκίνηση της ροής;

[mechatr0n]

Η εντύπωση που μου δημιουργείται,είναι η εξής ζυγαριά:

 

Στην μια πλευρά έχουμε τους παράγοντες που δημιουργούν ροή..

 

Στην άλλη πλευρά έχουμε τους παράγοντες που την εμποδίζουν..

 

Οπότε έχουμε:

 

Ροή δημιουργεί το βάρος του νερού..

 

Οπότε ΔP=ρ*g*(h1-h2)

 

Μετά πρέπει να υπολογίσουμε αυτό που την εμποδίζει..

 

Δηλαδή ιξώδες, τριβή στα τοιχώματα και μετατροπή αυτού σε πτώση πίεσης..Εάν είναι μικρότερη από το ΔP έχουμε ροή...Εάν όχι, τότε δεν έχουμε ροή..

 

Edit:

 

Αν η διάμετρος τείνει να μεγαλώσει, δεχόμενοι ότι το οριακό στρώμα του ρευστού στα τοιχώματα τείνει να μικραίνει σε σχέση με την ποσότητα νερού μέσα στην σωλήνα, τότε τείνει να μηδενιστεί ο παράγοντας τριβής στα τοιχώματα και τον μεγαλύτερο ρόλο παίζει το ίδιο το ιξώδες στην αντίσταση ροής..(απομακρυνόμαστε απο τριχοειδή φαινόμενα δηλαδή..)

[miltos]

Η ροή αδυνατεί να επανεκκινήσει μόνο όταν ο όγκος αερίου στο άνω μέρος του σιφωνιού ξεπεράσει κάποιο όριο. Οι ερωτήσεις μου είναι :

1. Ποιό είναι το όριο αυτό;

Όταν σταματήσει η ροή, η εικόνα που θα έχουμε είναι η εξής (με την αντλία σε λειτουργία):

 

Το δεξί σκέλος του σιφωνιού θα είναι γεμάτο με υγρό, μέχρι το ύψος του πιο χαμηλού σημείου της εσωτερικής διαμέτρου της σωλήνας στη θέση που αυτή γίνεται οριζόντια. Δηλαδή μέχρι οριακά να μη μπορεί να περάσει στο αριστερό σκέλος.

 

Το αριστερό σκέλος του σιφωνιού, στο ανώτερο τμήμα του θα έχει αέρα και από κει και κάτω υγρό. Το ύψος του αέρα θα είναι ίσο με τη διαφορά στάθμης των υγρών στις δεξαμενές.

 

Άρα αρκεί να παραχθεί ο παραπάνω όγκος αέρα για να σταματήσει η ροή.

 

Βέβαια ένα σχήμα θα ήταν χρήσιμο, αλλά δεν προλαβαίνω τώρα.

 

Για δεδομένο ύψος σιφωνιού πώς επηρεάζει η διάμετρος τον χρόνο "ακινησίας" του σιφωνιού μετά τον οποίο είναι δυνατή η επανεκκίνηση της ροής;

Όσο μεγαλύτερη η διάμετρος, τόσο περισσότερος αέρας μπορεί να σχηματιστεί μέχρι να φτάσουμε στην κατάσταση που περιγράφω παραπάνω. Ιδανικά θα έπρεπε να υπάρχει μια κλειστή δεξαμενή στο πάνω μέρος του σιφωνιού, στο κατώτερο μέρος της οποίας συνδέονται τα σκέλη.

 

Πάλι θέλει σχήμα.

[AlexisPap]

Όταν μιλάς για μεταβολή διαμέτρου εννοείς και πολύ μικρές διαμέτρους; Γιατί αν η διάμετρος είναι τόσο μικρή ώστε η επιφανειακή τάση και η συνάφεια να καταστούν σημαντικές (τριχοειδής ανύψωση) το σιφώνιο μπορεί να λειτουργήσει και για ύψος μεγαλύτερο των 10m.

[mechatr0n]

AlexisPap

 

Αν έχουμε τριχοειδή φαινόμενο όμως, έχουμε και στα δύο κάθετα τμήματα, τα οποία αυτό-αναιρούνται..Περισσότερη τριβή προσφέρουν παρά διευκόλυνση ροής..

 

Ο αέρας δημιουργεί δύο πράγματα.

Λόγω της συμπιεστότητας του (η φυσαλίδα δημιουργεί συμπίεση-αποσυμπίεση), διαταρράσεται η ροή..

 

Δεύτερο δρα ως τάπα..Λόγω των δικών του δυνάμεων συνοχής-συνάφειας, δημιουργεί πρόσθετη πτώση πίεσης..

 

Στην ουσία αυτό που λέει ο Μίλτος με την δεξαμενή από πάνω που δρα ως αυτόματο εξαεριστικό..(άσχετα αν θα άδειαζε έτσι όπως το είπε.)

[miltos]

Γιατί να αδειάσει η δεξαμενή? Κάποτε θα γεμίσει και αυτή αέρα, αλλά δεν τίθεται θέμα αδειάσματος. Είπα κλειστή δεξαμενή. Θα μπορούσε να είναι μια χοντρή σωλήνα, στο κάτω μέρος της οποίας συνδέονται τα δύο σκέλη.

[CostasV]

Παιδιά ευχαριστώ για τις απαντήσεις.

 

Μίλτο κάτι λες, αλλά δεν το πιάνω. Οπως είπες, ένα σχηματάκι θα βοηθούσε...

 

Αλεξη, ας ξεχάσουμε για την ώρα τα τριχοειδή φαινόμενα και ας μιλήσουμε για διαμέτρους από Φ4 και πάνω , μέχρι και ... Φ100 . Η περίπτωση μου είναι από Φ6 έως Φ15 αλλά με ενδιαφέρουν και οι μεγαλύτερες διάμετροι.