Сифон

Принцип сифона

В сифоне с летающими каплями поверхностное натяжение втягивает поток жидкости в отдельные капли внутри герметичной заполненной воздухом камеры, предотвращая контакт жидкости, идущей вниз, с жидкостью, поднимающейся вверх, и тем самым предотвращая растяжение жидкости от вытягивания жидкости. вверх. Это также демонстрирует, что влияние атмосферного давления на входе не отменяется равным атмосферным давлением на выходе.

Сифон (от древнегреческого : σίφων , «труба, трубки», также пишутся nonetymologically сифона ) представляет собой любой из широкого спектра устройств , которые включают поток жидкости через трубку. В более узком смысле это слово относится, в частности, к трубке в форме перевернутой буквы «U», которая заставляет жидкость течь вверх над поверхностью резервуара без насоса, но приводится в действие за счет падения жидкости, когда она течет. вниз по трубе под действием силы тяжести , а затем выпускается на уровне ниже поверхности резервуара, из которого он вышел.

Есть две основные теории о том, как сифоны заставляют жидкость течь вверх против силы тяжести, не перекачиваясь, и приводятся в действие только за счет силы тяжести. Традиционная теория на протяжении веков заключалась в том, что гравитация, притягивающая жидкость вниз на выходной стороне сифона, приводила к пониженному давлению в верхней части сифона. Тогда атмосферное давление смогло вытолкнуть жидкость из верхнего резервуара вверх до пониженного давления в верхней части сифона, как в барометре или питьевой соломке, а затем и дальше. ^{[1] [2] [3] [4]} Однако было продемонстрировано, что сифоны могут работать в вакууме ^{[4] [5] [6] [7]} и на высоте, превышающей барометрическую высоту жидкости. ^{[4] [5] [8]}Следовательно, была предложена теория когезионного натяжения при работе сифона, в которой жидкость протягивается через сифон аналогично модели цепи. ^[9] Необязательно, чтобы одна теория была правильной, скорее обе теории могут быть правильными при различных обстоятельствах давления окружающей среды. Очевидно, атмосферное давление с теорией гравитации не может объяснить сифоны в вакууме, где нет значительного атмосферного давления. Но когезионное натяжение с теорией гравитации не может объяснить сифоны газа CO ₂ , ^[10] сифоны, работающие, несмотря на пузырьки, и сифон с летающими каплями, где газы не проявляют значительных тянущих сил, а жидкости, не находящиеся в контакте, не могут проявлять силу когезионного натяжения.

Все известные опубликованные теории в наше время признают уравнение Бернулли как достойное приближение к идеализированной работе сифона без трения.

История [ править ]

На египетских рельефах 1500 г. до н.э. изображены сифоны, используемые для извлечения жидкостей из больших сосудов для хранения. ^{[11] [12]}

Существуют физические доказательства использования сифонов греками - это Чаша Справедливости Пифагора на Самосе в 6 веке до нашей эры и греческими инженерами в 3 веке до нашей эры в Пергаме . ^{[12] [13]}

Герой Александрии много писал о сифонах в трактате Pneumatica . ^[14]

Братья Бану Муса из Багдада 9-го века изобрели двойной концентрический сифон, который они описали в своей « Книге изобретательных устройств» . ^{[15] [16]} Издание под редакцией Хилла включает анализ двойного концентрического сифона.

Сифоны были дополнительно изучены в 17 веке в контексте всасывающих насосов (и недавно разработанных вакуумных насосов ), в частности, с целью понимания максимальной высоты насосов (и сифонов) и кажущегося вакуума наверху ранних барометров . Первоначально это было объяснено Галилео Галилеем через теорию ужасов вакуума («природа не терпит пустоты»), которая восходит к Аристотелю и которую Галилей переименовал в « Resintenza del vacuo» , но впоследствии это было опровергнуто более поздними исследователями, в частности Евангелистой Торричелли и Блезом. Паскаль ^[17]  - см.барометр: история .

Теория [ править ]

Практический сифон, работающий при обычном атмосферном давлении и высоте трубы, работает, потому что сила тяжести, тянущая вниз более высокий столб жидкости, оставляет пониженное давление в верхней части сифона (формально гидростатическое давление, когда жидкость не движется). Это пониженное давление в верхней части означает, что сила тяжести, притягивающая более короткий столб жидкости, недостаточна для удержания жидкости в неподвижном состоянии против атмосферного давления, толкающего ее вверх в зону пониженного давления в верхней части сифона. Таким образом, жидкость течет из области с более высоким давлением верхнего резервуара вверх в зону с более низким давлением в верхней части сифона, через верхнюю часть, а затем с помощью силы тяжести и более высокого столба жидкости вниз в нижнюю часть сифона. зона повышенного давления на выходе. ^{[18] [19]}

Цепная модель - полезная, но не совсем точная концептуальная модель сифона. Цепная модель помогает понять, как сифон может заставить жидкость течь вверх под действием только направленной вниз силы тяжести. Сифон иногда можно представить себе как цепь, висящую на шкиве, причем один конец цепи наложен на более высокую поверхность, чем другой. Так как длина цепи на более короткой стороне меньше, чем длина цепи на более высокой стороне, более тяжелая цепь на более высокой стороне будет опускаться и тянуть цепь более легкой стороны. Подобно сифону, модель цепи, очевидно, просто приводится в действие силой тяжести, действующей на более тяжелую сторону, и явно нет нарушения сохранения энергии, потому что цепь в конечном итоге просто перемещается из более высокого места в более низкое, как это делает жидкость. в сифоне.

Есть ряд проблем с цепной моделью сифона, и понимание этих различий помогает объяснить фактическую работу сифонов. Во-первых, в отличие от цепной модели сифона, значение имеет не вес более высокой стороны по сравнению с более короткой стороной. Скорее, разница в высоте от поверхностей резервуара до верха сифона определяет баланс давления.. Например, если труба от верхнего резервуара до верха сифона имеет намного больший диаметр, чем более высокий участок трубы от нижнего резервуара до верха сифона, более короткая верхняя часть сифона может иметь гораздо больший диаметр. вес жидкости в нем, и все же более легкий объем жидкости в нижней трубке может подтягивать жидкость вверх по более толстой верхней трубке, и сифон может нормально функционировать. ^[20]

Другое отличие состоит в том, что в большинстве практических случаев растворенные газы, давление пара и (иногда) отсутствие адгезии со стенками трубки действуют вместе, чтобы сделать предел прочности на разрыв внутри жидкости неэффективным для сифонирования. Таким образом, в отличие от цепи, которая имеет значительный предел прочности на разрыв, жидкости обычно имеют низкую прочность на разрыв в типичных условиях сифона, и поэтому жидкость на восходящей стороне не может подниматься вверх так, как цепь натягивается на восходящей стороне. ^{[7] [19]}

Случайное недоразумение сифонов состоит в том, что они полагаются на предел прочности жидкости на растяжение, чтобы тянуть жидкость вверх и через подъем. ^{[18] [19]} Хотя в некоторых экспериментах (например, с z-образной трубкой ^[21] ) было обнаружено, что вода имеет значительную прочность на растяжение , а сифоны в вакууме полагаются на такое сцепление, можно легко продемонстрировать, что для обычных сифонов требуется отсутствие прочности на разрыв жидкости для функционирования. ^{[7] [18] [19]} Кроме того, поскольку обычные сифоны работают при положительном давлении по всему сифону, прочность жидкости на растяжение отсутствует, потому что молекулы фактически отталкиваются друг от друга, чтобы противостоять давлению, а не натягивать друг друга.^[7]

Чтобы продемонстрировать, более длинная нижняя часть обычного сифона может быть вставлена ​​в нижнюю часть и заполнена жидкостью почти до гребня, как на рисунке, оставляя верхнюю часть и более короткую верхнюю часть полностью сухими и содержащими только воздух. Когда заглушка удалена и жидкость в более длинной нижней части опоры может упасть, жидкость в верхнем резервуаре обычно сметает воздушный пузырь вниз и из трубки. После этого аппарат продолжит работать как обычный сифон. Поскольку в начале этого эксперимента между жидкостью по обе стороны от сифона нет контакта, не может быть сцепления между молекулами жидкости, чтобы тянуть жидкость через подъем. Сторонники теории прочности на разрыв жидкости предположили, что сифон для запуска воздуха демонстрирует эффект только при запуске сифона,но ситуация меняется после того, как пузырек выметается и сифон достигает устойчивого потока. Но аналогичный эффект можно увидеть и в сифоне с летающими каплями (см. Выше). Сифон с летучими каплями работает непрерывно, без прочности на растяжение, вытягивая жидкость вверх.

Сифон в демонстрации видео работал стабильно более 28 минут, пока верхний резервуар не опустел. Еще одна простая демонстрация того, что сифон не требует прочности на разрыв для жидкости, - это просто ввести в сифон пузырь во время работы. Пузырь может быть достаточно большим, чтобы полностью отсоединить жидкости в трубке до и после пузыря, что снижает предел прочности жидкости на разрыв, и все же, если пузырек не слишком большой, сифон продолжит работать с небольшими изменениями, когда он протягивает жидкость. пузыриться.

Другое распространенное заблуждение о сифонах состоит в том, что, поскольку атмосферное давление практически одинаково на входе и выходе, атмосферное давление компенсируется, и поэтому атмосферное давление не может подталкивать жидкость вверх по сифону. Но равные и противоположные силы не могут полностью уравняться, если есть промежуточная сила, которая противодействует некоторым или всем одной из сил. В сифоне атмосферное давление на входе и выходе уменьшается за счет силы тяжести, тянущей вниз жидкость в каждой трубке, но давление на нижней стороне уменьшается в большей степени за счет более высокого столба жидкости на нижней стороне. Фактически, атмосферное давление, поднимающееся вверх по нижней стороне, не полностью «доживает» до вершины, чтобы отменить все атмосферное давление, поднимающееся вверх.Этот эффект легче увидеть на примере двух тележек, толкаемых по противоположным сторонам холма. Как показано на диаграмме, даже несмотря на то, что человеку слева кажется, что его толчок полностью отменен равным и противоположным толчком человека справа, человек слева, казалось бы, отмененный толчок, все еще является источником силы для толчка. левая тележка вверх.

В некоторых ситуациях сифоны действительно функционируют в отсутствие атмосферного давления и из-за прочности на разрыв - см. Вакуумные сифоны  - и в этих ситуациях модель цепи может быть поучительной. Кроме того, в других местах водного транспорта имеет место из - за напряжения, наиболее значительно в transpirational тянуть в ксилеме из сосудистых растений . ^{[18] [22]}Может показаться, что вода и другие жидкости не обладают прочностью на разрыв, потому что, когда пригоршня поднимается и вытягивается, жидкости сужаются и легко растягиваются. Но прочность на разрыв жидкости в сифоне возможна, когда жидкость прилипает к стенкам трубки и тем самым сопротивляется сужению. Любое загрязнение на стенках трубы, такое как жир или пузырьки воздуха, или другие незначительные воздействия, такие как турбулентность или вибрация, могут вызвать отделение жидкости от стенок и потерю всей прочности на разрыв.

Более подробно, можно посмотреть, как гидростатическое давление изменяется через статический сифон, учитывая, в свою очередь, вертикальную трубу из верхнего резервуара, вертикальную трубу из нижнего резервуара и горизонтальную трубу, соединяющую их (при условии U-образной формы). . На уровне жидкости в верхнем резервуаре жидкость находится под атмосферным давлением, и по мере того, как человек поднимается по сифону, гидростатическое давление уменьшается (при вертикальном изменении давления), поскольку вес атмосферного давления, толкающий воду вверх, уравновешивается толкающим вниз столбом воды в сифоне (до тех пор, пока не будет достигнута максимальная высота барометра / сифона, после чего жидкость не может быть поднята выше) - гидростатический тогда давление в верхней части трубы ниже атмосферного на величину, пропорциональную высоте трубы. Выполнение того же анализа на трубе, поднимающейся из нижнего резервуара, дает давление в верхней части этой (вертикальной) трубы; это давление ниже, потому что труба длиннее (больше воды, выталкивающей вниз), и требует, чтобы нижний резервуар был ниже верхнего резервуара, или, в более общем смысле, чтобы выпускное отверстие было просто ниже поверхности верхнего резервуара. Теперь, учитывая соединяющую их горизонтальную трубку,видно, что давление в верхней части трубы из верхнего резервуара выше (поскольку поднимается меньше воды), в то время как давление в верхней части трубы из нижнего резервуара ниже (поскольку поднимается больше воды), и поскольку жидкости движутся от высокого давления к низкому давлению, жидкость течет по горизонтальной трубе от верхнего резервуара к нижнему резервуару. Жидкость находится под положительным давлением (сжатием) по всей трубке, а не при растяжении.Жидкость находится под положительным давлением (сжатием) по всей трубке, а не при растяжении.Жидкость находится под положительным давлением (сжатием) по всей трубке, а не при растяжении.

Уравнение Бернулли считается в научной литературе хорошим приближением к работе сифона. В неидеальных жидкостях сжимаемость, прочность на разрыв и другие характеристики рабочего тела (или нескольких жидкостей) усложняют уравнение Бернулли.

После запуска сифон не требует дополнительной энергии для поддержания потока жидкости вверх и из резервуара. Сифон будет вытягивать жидкость из резервуара до тех пор, пока уровень не упадет ниже уровня входа, позволяя воздуху или другому окружающему газу разрушить сифон, или пока выходное отверстие сифона не сравняется с уровнем резервуара, в зависимости от того, что наступит раньше.

В дополнении к атмосферному давлению , с плотностью жидкости, и силой тяжести , то максимальная высота от гребня в практических сифонах ограничиваются давлением паров жидкости. Когда давление внутри жидкости падает ниже давления пара жидкости, крошечные пузырьки пара могут начать формироваться в верхней точке, и эффект сифона прекратится. Этот эффект зависит от того, насколько эффективно может образовываться жидкость.пузыри; в отсутствие примесей или шероховатых поверхностей, которые могут служить легкими местами зарождения пузырьков, сифоны могут временно превышать свою стандартную максимальную высоту в течение длительного времени, необходимого для зарождения пузырьков. Один сифон дегазированной воды демонстрировался на расстоянии 24 метров в течение длительного периода времени ^[8], а другие контролируемые эксперименты - на расстоянии 10 метров. ^[23] Для воды при стандартном атмосферном давлении максимальная высота сифона составляет приблизительно 10  м (32  фута ); для ртути это 76 см (30  дюймов ), что соответствует стандартному давлению. Это равняется максимальной высоте всасывающего насоса., который работает по тому же принципу. ^{[17] [24]} Отношение высот (около 13,6) равно отношению плотностей воды и ртути (при данной температуре), поскольку столб воды (соответственно ртути) уравновешивается столбом воздуха, создающим атмосферное давление. , и действительно, максимальная высота (без учета давления пара и скорости жидкости) обратно пропорциональна плотности жидкости.

Современные исследования работы сифона [ править ]

В 1948 году Малкольм Нокс исследовал сифоны, работающие как при атмосферном давлении, так и в частичном вакууме , для сифонов в вакууме он пришел к выводу, что: «Гравитационная сила, действующая на столб жидкости в спускной трубе, минус гравитационная сила во всасывающей трубе, заставляет жидкость Таким образом, жидкость находится в напряжении и испытывает продольную деформацию, которой при отсутствии возмущающих факторов недостаточно для разрушения столба жидкости ". Но для сифонов с небольшой высотой всасывания, работающих при атмосферном давлении, он пришел к выводу, что: «... натяжение столба жидкости нейтрализуется и снимается сжимающим действием атмосферы на противоположных концах столба жидкости». ^[7]

Поттер и Барнс из Эдинбургского университета повторно посетили сифоны в 1971 году. Они пересмотрели теории сифонов и провели эксперименты с сифонами при атмосферном давлении. Их вывод был таков; «К настоящему времени должно быть ясно, что, несмотря на богатство традиций, основной механизм сифона не зависит от атмосферного давления». ^[25]

Гравитация , давление и молекулярная когезия были в центре внимания работы Хьюза в 2010 году в Технологическом университете Квинсленда . Он использовал сифоны при атмосферном давлении и пришел к выводу, что: «Поток воды из нижней части сифона зависит от разницы в высоте между входом и выходом, и, следовательно, не может зависеть от атмосферного давления…» ^[26] Хьюз продолжили работу с сифонами при атмосферном давлении в 2011 году и пришли к выводу, что: «Описанные выше эксперименты демонстрируют, что обычные сифоны при атмосферном давлении работают за счет силы тяжести, а не атмосферного давления». ^[27]

Исследователи отца и сына, Раметт и Раметт, успешно перекачали углекислый газ под давлением воздуха в 2011 году и пришли к выводу, что молекулярная когезия не требуется для работы сифона, но что: «Основное объяснение действия сифона состоит в том, что когда трубка заполненный, поток инициируется большей силой тяжести, действующей на жидкость на длинной стороне по сравнению с тем, что на короткой стороне. Это создает перепад давления по всей сифонной трубке в том же смысле, что «всасывание» соломинки снижает давление по всей длине до точки всасывания. Окружающее атмосферное давление в точке всасывания реагирует на пониженное давление, заставляя жидкость подниматься вверх, поддерживая поток, как в постоянно всасываемой соломке в молочном коктейле ». ^[1]

Снова в 2011 году Ричерт и Биндер ( из Гавайского университета ) исследовали сифон и пришли к выводу, что молекулярная когезия не требуется для работы сифона, но зависит от силы тяжести и перепада давления, написав: «Поскольку жидкость первоначально заполняла сифон. длинная полка сифона устремляется вниз под действием силы тяжести, оставляя после себя частичный вакуум, который позволяет давлению на входную точку более высокого контейнера подталкивать жидкость вверх по опоре с этой стороны ». ^[2]

Исследовательской группе Боутрайта, Паттика и Лайсиса из Ноттингемского университета также в 2011 году удалось запустить сифон в высоком вакууме . Они написали, что: «Широко распространено мнение, что сифон в основном приводится в движение силой атмосферное давление. Описан эксперимент, который показывает, что сифон может функционировать даже в условиях высокого вакуума. Показано, что молекулярная когезия и гравитация являются факторами, способствующими работе сифона; наличие положительного атмосферного давления не требуется ". ^[28]

В статье для журнала Physics Today в 2011 году Дж. Дули из Университета Миллерсвилля заявил, что для работы сифона необходимы как перепад давления внутри сифонной трубки, так и предел прочности жидкости. ^[29]

Исследователь из Государственного университета Гумбольдта , А. МакГуайр, исследовал поток в сифонах в 2012 году. Используя передовой пакет программного обеспечения для мультифизического моделирования общего назначения LS-DYNA, он исследовал инициализацию давления, поток и распространение давления в сифоне. Он пришел к выводу, что: «Давление, гравитация и молекулярная когезия могут быть движущими силами в работе сифонов». ^[3]

В 2014 году Хьюз и Гурунг (из Технологического университета Квинсленда) запустили водный сифон при переменном давлении воздуха в диапазоне от уровня моря до 11,9 км (39 000  футов ) высотой. Они отметили, что: «Поток оставался более или менее постоянным во время восхождения, указывая на то, что поток сифона не зависит от атмосферного атмосферного давления ». Они использовали уравнение Бернулли и Пуазейль уравнение для изучения перепадов давления и потока текучей среды внутри сифона. Их вывод заключался в следующем: «Из приведенного выше анализа следует, что должна существовать прямая когезионная связь между молекулами воды, втекающими в сифон и выходящими из него. Это верно при всех атмосферных давлениях, при которых давление в вершине сифона выше давление водяного пара, за исключением ионных жидкостей ». ^[30]

Практические требования [ править ]

Простую трубку можно использовать как сифон. Внешний насос должен быть применен , чтобы начать жидкость , протекающую и премьер - сифон (в домашнем использовании часто это делается лицом , вдыхая через трубку , пока достаточно, не заполнен жидкостью, это может представлять опасность для пользователя, в зависимости от перекачиваемая жидкость). Иногда это делается с помощью любого герметичного шланга для перекачки бензина из бензобака автомобиля во внешний бак. (Перекачивание бензина через рот часто приводит к проглатывания бензина, или аспирация его в легкие, что может привести к смерти или повреждение легкого. ^[31]) Если труба заливается жидкостью до того, как часть трубы поднимается над промежуточной верхней точкой, и при этом принимаются меры, чтобы трубка оставалась затопленной во время подъема, насос не требуется. Устройства, продаваемые как сифоны, часто поставляются с сифонным насосом для запуска процесса сифона.

В некоторых случаях может быть полезно использовать сифонную трубку, которая не намного больше, чем необходимо. Использование трубопроводов слишком большого диаметра с последующим дросселированием потока с помощью клапанов или сужающих трубопроводов, по-видимому, усиливает эффект упомянутых ранее опасений по поводу скопления газов или паров на гребне, которые служат для нарушения вакуума. Если вакуум будет уменьшен слишком сильно, сифонный эффект может быть потерян. Уменьшение размера используемой трубы ближе к требованиям, по-видимому, уменьшает этот эффект и создает более функциональный сифон, который не требует постоянной повторной заливки и перезапуска. В этом отношении, если требуется согласовать поток в контейнер с потоком из указанного контейнера (для поддержания постоянного уровня в пруду, питаемом ручьем,например) было бы предпочтительнее использовать две или три отдельных параллельных трубы меньшего размера, которые можно запускать по мере необходимости, чем пытаться использовать одну большую трубу и пытаться дросселировать ее.

Автоматический прерывистый сифон [ править ]

Сифоны иногда используются в качестве автоматов в ситуациях, когда желательно превратить непрерывный капельный поток или нерегулярный небольшой пульсирующий поток в большой пульсирующий объем. Типичным примером этого является общественный туалет с писсуарами, регулярно смываемыми автоматическим сифоном в небольшом резервуаре для воды над головой. Когда контейнер наполняется, вся накопленная жидкость высвобождается, образуя большой объем, который затем сбрасывается и снова заполняется. Один из способов сделать это прерывистое действие включает сложное оборудование, такое как поплавки, цепи, рычаги и клапаны, но они могут со временем подвергнуться коррозии, износу или заклиниванию. Альтернативный метод - использование жестких труб и камер, при котором в качестве рабочего механизма используется только сама вода в сифоне.

Сифон, используемый в автоматическом необслуживаемом устройстве, должен иметь возможность надежно работать без сбоев. Это отличается от обычных демонстрационных самозапускающихся сифонов тем, что существуют способы, которыми сифон может выйти из строя, что требует ручного вмешательства для возврата к нормальному режиму помпажа.

Чаще всего происходит медленное вытекание жидкости, соответствующее скорости заполнения контейнера, и сифон переходит в нежелательное установившееся состояние. Для предотвращения подтекания обычно используются пневматические принципы для улавливания одного или нескольких крупных пузырьков воздуха в различных трубах, которые закрыты водоотделителями. Этот метод может потерпеть неудачу, если он не может начать работать с перерывами без воды, уже присутствующей в частях механизма, и которые не будут заполнены, если механизм запускается из сухого состояния.

Вторая проблема заключается в том, что захваченные воздушные карманы со временем уменьшатся, если сифон не работает из-за отсутствия притока. Воздух в карманах поглощается жидкостью, которая втягивает жидкость в трубопровод до тех пор, пока воздушный карман не исчезнет, ​​и может вызвать активацию потока воды за пределами нормального рабочего диапазона, когда резервуар для хранения не заполнен, что приводит к потере жидкости. уплотнение в нижних частях механизма.

Третья проблема заключается в том, что нижний конец жидкостного уплотнения представляет собой просто U-образный изгиб в выпускной трубе. Во время интенсивного опорожнения кинетическое движение жидкости из выпускного отверстия может вытолкнуть слишком много жидкости наружу, вызывая потерю герметизирующего объема в выпускной ловушке и потерю захваченного пузырька воздуха для поддержания прерывистой работы.

Четвертая проблема связана с просачивающимися отверстиями в механизме, предназначенными для медленного заполнения этих различных уплотнительных камер, когда сифон высох. Сливные отверстия могут быть закупорены мусором и коррозией, что требует ручной очистки и вмешательства. Чтобы предотвратить это, сифон может быть ограничен чистыми жидкими источниками, без твердых частиц или осадка.

Многие автоматические сифоны были изобретены, по крайней мере, в 1850-х годах для автоматических сифонных механизмов, которые пытаются решить эти проблемы, используя различные пневматические и гидродинамические принципы.

Приложения и терминология [ править ]

Когда необходимо очистить определенные жидкости, сифонирование может помочь предотвратить перенос дна ( осадок ) или верха ( пена и поплавки) из одного контейнера в новый. Таким образом, сифонирование полезно при брожении вина и пива по этой причине, поскольку оно может предотвратить попадание нежелательных примесей в новую емкость.

Самостоятельно изготовленные сифоны, сделанные из труб или трубок, можно использовать для откачивания воды из подвалов после затопления. Между затопленным погребом и более глубоким местом за пределами строится соединение с помощью трубы или нескольких труб. Они наполняются водой через впускной клапан (на самом верхнем конце конструкции). Когда концы открыты, вода по трубе стекает в канализацию или реку.

Сифонирование - обычное дело на орошаемых полях для переноса контролируемого количества воды из канавы через стену канавы в борозды.

Большие сифоны могут использоваться в городских водопроводных сетях и промышленности. Их размер требует регулирования с помощью клапанов на входе, выходе и гребне сифона. Сифон можно заполнить, закрыв впускное и выпускное отверстия и заполнив сифон по гребню. Если впускные и выпускные отверстия погружены в воду, на гребне можно использовать вакуумный насос для заполнения сифона. В качестве альтернативы сифон может быть заполнен насосом на входе или выходе. Газ в жидкости является проблемой в больших сифонах. ^[32]Газ имеет тенденцию скапливаться на гребне, и если накопится достаточно, чтобы прервать поток жидкости, сифон перестает работать. Сам сифон усугубит проблему, потому что когда жидкость поднимается через сифон, давление падает, в результате чего растворенные в жидкости газы выходят из раствора. Более высокая температура ускоряет выделение газа из жидкостей, поэтому поддержание постоянной низкой температуры помогает. Чем дольше жидкость находится в сифоне, тем больше газа выделяется, поэтому в целом помогает более короткий сифон. Местные высокие точки будут задерживать газ, поэтому впускные и выпускные колена должны иметь непрерывный уклон без промежуточных высоких точек. Поток жидкости перемещает пузырьки, поэтому всасывающий патрубок может иметь пологий уклон, поскольку поток будет выталкивать пузырьки газа к гребню. Наоборот,выходной патрубок должен иметь крутой наклон, чтобы пузырьки могли двигаться против потока жидкости; хотя в других конструкциях требуется также пологий уклон выпускного патрубка, чтобы пузырьки выходили из сифона. На гребне газ может быть захвачен в камере над гребнем. Время от времени камеру необходимо снова заливать жидкостью для удаления газа.

Сифонный датчик дождя [ править ]

Датчик дождя сифона является датчиком дождя , который может записывать количество осадков в течение длительного периода. Для автоматического опорожнения манометра используется сифон. Его часто называют просто «сифонным манометром», и его не следует путать с сифонным манометром.

Сифонный водосброс [ править ]

Сифонный водосброс в плотине обычно технически не является сифоном, так как он обычно используется для отвода воды с повышенного уровня. ^[33] Однако сифонный водосброс работает как фактический сифон, если он поднимает поток выше поверхности водоема-источника, как это иногда бывает при орошении. ^{[34] [35]} В процессе эксплуатации сифонный водосброс считается «потоком по трубопроводу» или «потоком по закрытому каналу». ^[36] Нормальный водосброс создается за счет высоты резервуара над водосливным желобом, тогда как расход сифона определяется разницей в высоте входа и выхода. ^{[ необходима цитата ]}В некоторых конструкциях используется автоматическая система, которая использует поток воды в спиральном водовороте для удаления воздуха, находящегося наверху, для заполнения сифона. Такая конструкция включает спиральный сифон. ^[37]

Смывной унитаз [ править ]

В унитазах со смывом часто возникает сифонный эффект при опорожнении чаши.

Некоторые туалеты также используют принцип сифона для получения фактического смыва из бачка . Смыв запускается рычагом или ручкой, которая приводит в действие простой поршневой насос, похожий на диафрагму, который поднимает достаточно воды к гребню сифона, чтобы запустить поток воды, который затем полностью опорожняет содержимое бачка в унитаз. Преимущество этой системы состояло в том, что вода не вытекала из бачка, за исключением промывки. Они были обязательными в Великобритании до 2011 года. ^[38]

Ранние писсуары включали в цистерну сифон, который промывался автоматически по регулярному циклу, потому что в цистерну через приоткрытый клапан постоянно подавалась чистая вода.

Устройства, которые не являются настоящими сифонами [ править ]

Сифон кофе [ править ]

Если оба конца сифона находятся под атмосферным давлением, жидкость течет от высокого к низкому, если нижний конец сифона находится под давлением, жидкость может течь от низкого к высокому. Если снять давление с нижнего конца, поток жидкости обратится, показывая, что это давление приводит в движение сифон. Повседневной иллюстрацией этого является сифонный кофеварочный агрегат, который работает следующим образом (конструкции различаются; это стандартная конструкция, без кофейной гущи):

• стеклянный сосуд наполняется водой, затем закупоривается (герметично) сифоном, торчащим вертикально вверх
• сверху ставится еще один стеклянный сосуд, открытый для атмосферы - верхний сосуд пуст, нижний заполнен водой
• нижний сосуд затем нагревают; при повышении температуры увеличивается давление пара воды (она все больше испаряется); когда вода закипает, давление пара становится равным атмосферному давлению, а когда температура поднимается выше точки кипения, давление в нижнем сосуде затем превышает атмосферное давление и толкает воду по сифонной трубке в верхний сосуд.
• небольшое количество еще горячей воды и пара остаются в нижнем сосуде и остаются нагретыми, при этом давлении вода удерживается в верхнем сосуде
• когда тепло отводится из нижнего сосуда, давление пара уменьшается, и он больше не может поддерживать столб воды - гравитация (действующая на воду) и атмосферное давление, а затем толкают воду обратно в нижнюю емкость.

На практике верхний сосуд заполнен кофейной гущей, а тепло отводится от нижнего сосуда, когда кофе закончится. Конкретно давление пара означает, что кипящая вода преобразует воду с высокой плотностью (жидкость) в пар с низкой плотностью (газ), который, таким образом, расширяется, занимая больше объема (другими словами, давление увеличивается). Это давление расширяющегося пара затем заставляет жидкость подниматься по сифону; когда пар затем конденсируется в воду, давление уменьшается, и жидкость стекает обратно вниз.

Сифонный насос [ править ]

В то время как простой сифон не может выводить жидкость на уровне выше, чем резервуар источника, более сложное устройство, использующее герметичную измерительную камеру на гребне и систему автоматических клапанов, может выпускать жидкость на постоянной основе на уровне выше источника. резервуар без добавления энергии закачки извне. Он может достичь этого, несмотря на то, что поначалу кажется нарушением сохранения энергии, поскольку он может использовать энергию большого объема жидкости, падающей на некоторое расстояние, для подъема и выпуска небольшого объема жидкости над резервуаром источника. Таким образом, можно сказать, что «требуется» большое количество падающей жидкости для подачи небольшого количества. Такая система обычно работает циклически или запускается / останавливается, но постоянно и с автономным питанием.^{[39] [40]} Пневматические насосы таким образом не работают. Эти дозирующие насосы являются настоящими сифонными насосными устройствами, в которых в качестве источника энергии используются сифоны.

Обратный сифон [ править ]

Дюкер не сифон , но термин применяется к трубам , которые должны опуститься ниже препятствия , чтобы сформировать «U» путь формованного потока.

Большие перевернутые сифоны используются для транспортировки воды, переносимой по каналам или лоткам через долины, для орошения или добычи золота. Римляне использовали перевернутые сифоны из нескольких свинцовых труб для пересечения долин, которые были слишком большими для строительства акведука . ^{[41] [42] [43]}

Перевернутые сифоны обычно называют ловушками из-за их функции по предотвращению выхода дурно пахнущих канализационных газов из канализации ^[44], а иногда и для извлечения плотных предметов, таких как кольца и электронные компоненты, после падения в канализацию. ^{[45] [46]} Жидкость, текущая в одном конце, просто выталкивает жидкость вверх и наружу из другого конца, но твердые частицы, такие как песок, будут накапливаться. Это особенно важно для канализационных систем или водопропускных труб, которые должны быть проложены под реками или другими глубокими препятствиями, где более удачным термином является «пониженная канализация». ^{[47] [48]}

Обратный отток [ править ]

Обратный отвод - это водопроводный термин, применяемый для изменения направления нормального потока воды в водопроводной системе из-за резко пониженного или отрицательного давления на стороне водоснабжения , например, высокого спроса на водоснабжение при пожаротушении ; ^[49] это не сифон, а всасывание . ^[50] Обратный сифонинг случается редко, так как он зависит от затопленных входных отверстий на выходном (домашнем) конце, а это нечасто. ^[51] Обратный сифонаж не следует путать с обратным потоком ; который представляет собой обратный поток воды от выпускного конца к подводящему концу, вызванный давлением, возникающим на выпускном конце. ^[51]

Антисифонный клапан [ править ]

Строительные нормы и правила часто содержат определенные разделы, касающиеся обратного сифонажа, особенно для внешних кранов (см. Образец цитаты из строительного кода ниже). В таких конструкциях требуются устройства предотвращения обратного потока, такие как антисифонные клапаны ^[52] . Причина в том, что внешние краны могут быть прикреплены к шлангам, которые могут быть погружены в внешний водоем, такой как садовый пруд , бассейн , аквариум или стиральная машина.. В этих ситуациях поток на самом деле не сифон, а всасывание из-за пониженного давления на стороне подачи воды. Если давление в системе водоснабжения упадет, внешняя вода может быть возвращена за счет противодавления в систему питьевой воды через кран. Еще одна возможная точка загрязнения - забор воды в унитаз. Здесь также требуется антисифонный клапан, чтобы предотвратить падение давления в линии подачи воды из-за всасывания воды из бачка унитаза (который может содержать добавки, такие как «туалетный синий» ^[53] ) и загрязнения системы водоснабжения. Антисифонные клапаны работают как обратный клапан в одном направлении .

Антисифонные клапаны также используются в медицине. Гидроцефалию или избыток жидкости в головном мозге можно лечить с помощью шунта, отводящего спинномозговую жидкость.из мозга. Все шунты имеют клапан для снятия избыточного давления в головном мозге. Шунт может вести в брюшную полость, так что выход шунта находится значительно ниже, чем вход шунта, когда пациент стоит. Таким образом, может иметь место сифонный эффект, и вместо того, чтобы просто снимать избыточное давление, шунт может действовать как сифон, полностью отводя спинномозговую жидкость из мозга. Клапан в шунте может быть спроектирован так, чтобы предотвратить это сифонное действие, чтобы отрицательное давление на дренаж шунта не приводило к избыточному дренажу. Только избыточное положительное давление внутри мозга должно приводить к дренажу. ^{[54] [55] [56]}

Антисифонный клапан в медицинских шунтах предотвращает избыточный прямой поток жидкости. В водопроводных системах антисифонный клапан предотвращает обратный поток.

Примеры правил строительных норм и правил, касающихся «назад синусоида» из канадской провинции в Онтарио : ^[57]

7.6.2.3. Обратный отвод

1. Каждая система питьевой воды, которая питает арматуру или резервуар, не подверженные давлению выше атмосферного, должна быть защищена от обратного сифонации с помощью устройства для предотвращения обратного потока .
2. Если источник питьевой воды подключен к бойлеру, резервуару, охлаждающей рубашке, спринклерной системе газона или другому устройству, где непитьевая жидкость может находиться под давлением, превышающим атмосферное, или выпускное отверстие для воды может быть погружено в непитьевую жидкость, водопровод должен быть защищен от обратного потока с помощью предохранителя обратного потока.
3. Если насадка для шланга устанавливается вне здания, внутри гаража или там, где существует идентифицируемый риск загрязнения, система питьевой воды должна быть защищена от обратного потока с помощью устройства предотвращения обратного потока.

Другие антисифонирующие устройства [ править ]

Наряду с антисифонными клапанами существуют и антисифонные устройства . Эти два понятия не имеют отношения к применению. Сифонирование можно использовать для удаления топлива из баков. В связи с ростом стоимости топлива в нескольких странах это связано с ростом хищений топлива . Наиболее уязвимы грузовики с большими топливными баками. Антисифонное устройство не позволяет ворам вставить трубку в топливный бак.

Сифонный барометр [ править ]

Сифон барометр это термин иногда применяется к самому простому из ртути барометров . Сплошная U-образная трубка одинакового диаметра на всем протяжении герметизирована с одного конца и заполнена ртутью. При установке в вертикальное положение «U» ртуть будет стекать от запечатанного конца, образуя частичный вакуум, пока не уравновесится атмосферным давлением на другом конце. Термин «сифон» происходит от веры в то, что давление воздуха участвует в работе сифона. Разница в высоте жидкости между двумя рукавами U-образной трубки такая же, как максимальная промежуточная высота сифона. При использовании для измерения давления, отличного от атмосферного, сифонный барометр иногда называют сифонным манометром.; это не сифоны, а их стандартная U-образная конструкция ^{[58], из которой и} возник этот термин. Сифонные барометры по-прежнему производятся как точные приборы. ^[59] Сифонные барометры не следует путать с сифонными дождемерами., ^[60]

Сифонная бутылка [ править ]

Сифон бутылка (также называемые соды сифона или, архаический, A siphoid ^[61] ) представляет собой бутылка под давление с отверстием и клапаном. Это не сифон, так как давление внутри бутылки выталкивает жидкость вверх по трубке. Особой формой был газоген .

Чашка сифона [ править ]

Сифон чашка является (повешение) резервуаром краски , прикрепленной к распылителю, не сифон , как вакуумный насос извлекает краску. ^[62] Это название позволяет отличить его от резервуаров с гравитационным питанием. Архаичное использование этого термина - чашка с маслом, в которой масло транспортируется из чашки через ватный фитиль или трубку к поверхности, которую нужно смазать, это не сифон, а пример капиллярного действия .

Сифон Герона [ править ]

Сифон Heron не является сифоном, поскольку он работает как нагнетательный насос с гравитационным приводом, ^{[63] [64]} на первый взгляд он кажется вечным двигателем, но остановится, когда в подкачивающем насосе закончится воздух. В несколько иной конфигурации он также известен как фонтан Герона . ^[65]

Сифон Вентури [ править ]

Вентурьте сифон, также известный как эдуктор , не сифон , а форма вакуумного насоса с использованием эффекта Вентурьте быстрые протекающие жидкости (например , воздух), чтобы произвести низкое давление на всасывающие другие жидкости; распространенный пример - карбюратор . См. Напор . Низкое давление в горловине трубки Вентури называется сифоном, когда вводится вторая жидкость, или аспиратором, когда текучей средой является воздух, это пример неправильного представления о том, что давление воздуха является рабочей силой для сифонов.

Сифонный водоотвод [ править ]

Несмотря на название, сифонный водосток не работает как сифон; технология использует вакуумную откачку под действием силы тяжести ^[66] для переноса воды по горизонтали из нескольких водосточных желобов в одну водосточную трубу и для увеличения скорости потока. ^[67] Металлические перегородки на входных отверстиях водосточных желобов уменьшают вдувание воздуха, что увеличивает эффективность системы. ^[68] Одним из преимуществ этого метода водоотвода является снижение капитальных затрат на строительство по сравнению с традиционным водостоком с крыш. ^[66] Еще одним преимуществом является устранение шага трубы или уклона, необходимого для обычных водосточных труб с крыши. Однако эта система самотечной откачки в основном подходит для больших зданий и обычно не подходит для жилых домов. ^[68]

Самосифоны [ править ]

Термин самосифон используется по-разному. Жидкости, состоящие из длинных полимеров, могут «самосифонироваться» ^{[69] [70],} и эти жидкости не зависят от атмосферного давления. Самосифонирующие полимерные жидкости работают так же, как и модель с сифонной цепью, где нижняя часть цепи тянет остальную часть цепи вверх и через гребень. Это явление еще называют бескамерным сифоном . ^[71]

«Самосифон» также часто используется производителями сифонов в торговой литературе для описания переносных сифонов, содержащих насос. При использовании насоса не требуется внешнего всасывания (например, изо рта / легких человека) для запуска сифона, и поэтому продукт описывается как «самосифон».

Если верхний резервуар таков, что жидкость в нем может подниматься выше высоты гребня сифона, поднимающаяся жидкость в резервуаре может «самовосстановить» сифон, и все устройство может быть описано как «самосифон». ^[72] После заливки такой сифон будет продолжать работать до тех пор, пока уровень верхнего резервуара не упадет ниже впускного отверстия сифона. Такие самовсасывающие сифоны используются в некоторых дождемерах и плотинах.

В природе [ править ]

Анатомия [ править ]

Термин «сифон» используется для обозначения ряда структур в анатомии человека и животных, либо потому, что в нем участвуют текущие жидкости, либо потому, что структура имеет форму сифона, но в которой не возникает фактического сифонного эффекта: см. Сифон (значения) .

Там были дебаты , если играет ли сифон механизм роль в крови циркуляции . Однако в «замкнутом цикле» обращения это не учитывалось; «Напротив, в« закрытых »системах, таких как циркуляция, сила тяжести не препятствует восходящему потоку и не вызывает нисходящего потока, потому что сила тяжести одинаково действует на восходящие и нисходящие части контура», но по «историческим причинам» термин используется. ^{[73] [74]} Одна из гипотез (1989 г.) заключалась в том, что в циркуляции жирафа существовал сифон . ^[75]Но дальнейшие исследования в 2004 году показали, что «нет гидростатического градиента, и, поскольку« падение »жидкости не помогает восходящей руке, нет сифона. Высокое артериальное давление жирафа, которого достаточно, чтобы поднять кровь на 2 м от сердце к голове с достаточным остаточным давлением для перфузии мозга, поддерживает эту концепцию ». ^{[74] [76]} Однако в статье, написанной в 2005 году, содержится призыв к дополнительным исследованиям этой гипотезы:

Принцип сифона не зависит от вида и должен быть фундаментальным принципом закрытых систем кровообращения. Следовательно, споры вокруг роли принципа сифона лучше всего разрешить с помощью сравнительного подхода. Важное значение будет иметь анализ артериального давления у различных животных с длинной шеей и длинным телом, учитывающий филогенетическое родство. Кроме того, экспериментальные исследования, которые объединяли измерения артериального и венозного кровяного давления с церебральным кровотоком при различных гравитационных нагрузках (различное положение головы), в конечном итоге разрешат этот спор. ^[77]

Виды [ править ]

Некоторые виды названы в честь сифонов, потому что они напоминают сифоны полностью или частично. Геосифоны - это грибы . Есть виды водоросли , принадлежащие к семейной Siphonocladaceae в филюма Chlorophyta ^[78] , которые имеют ламповую структур. Руэллия мохнатый тропическое растение в семье Acanthaceae , который также известен под ботаническим синоним « Siphonacanthus villosus Nees ». ^[79]

Геология [ править ]

В спелеологии сифон или отстойник - это та часть прохода пещеры, которая лежит под водой и через которую спелеологи должны нырять, чтобы продвинуться дальше в систему пещер , это не настоящий сифон.

Реки [ править ]

Речной сифон возникает, когда часть потока воды проходит под затопленным объектом, например, камнем или стволом дерева. Вода, текущая под препятствием, может быть очень мощной и, как таковая, может быть очень опасной для каякинга, каньонинга и других водных видов спорта на реке.

Объяснение с использованием уравнения Бернулли [ править ]

Уравнение Бернулли можно применить к сифону, чтобы определить скорость потока и максимальную высоту сифона.

Пусть за опорную отметку будет поверхность верхнего резервуара.

Пусть точка А будет начальной точкой сифона, погруженного в верхний резервуар и на глубину - d ниже поверхности верхнего резервуара.

Пусть точка B будет промежуточной высокой точкой на сифонной трубке на высоте + h _B над поверхностью верхнего резервуара.

Пусть точка C будет точкой слива сифона на высоте h _C ниже поверхности верхнего резервуара.

Уравнение Бернулли:

${\displaystyle {v^{2} \over 2}+gy+{P \over \rho }=\mathrm {constant} }$

${\displaystyle v\;}$= скорость жидкости вдоль линии тока

${\displaystyle g\;}$= ускорение свободного падения вниз

${\displaystyle y\;}$= высота в гравитационном поле

${\displaystyle P\;}$= давление вдоль линии тока

${\displaystyle \rho \;}$= плотность жидкости

Примените уравнение Бернулли к поверхности верхнего резервуара. Технически поверхность опускается из-за осушения верхнего резервуара. Однако для этого примера мы будем предполагать, что резервуар бесконечен, а скорость поверхности может быть установлена ​​на ноль. Кроме того, давление как на поверхности, так и в точке выхода C равно атмосферному. Таким образом:

${\displaystyle {0^{2} \over 2}+g(0)+{P_{\mathrm {atm} } \over \rho }=\mathrm {constant} }$

( 1 )

Примените уравнение Бернулли к точке A в начале сифонной трубки в верхнем резервуаре, где P = P _A , v = v _A и y = - d

${\displaystyle {v_{A}^{2} \over 2}-gd+{P_{A} \over \rho }=\mathrm {constant} }$

( 2 )

Примените уравнение Бернулли к точке B в средней верхней точке сифонной трубки, где P = P _B , v = v _B и y = h _B

${\displaystyle {v_{B}^{2} \over 2}+gh_{B}+{P_{B} \over \rho }=\mathrm {constant} }$

( 3 )

Примените уравнение Бернулли к точке C, где сифон опорожняется. Где v = v _С и у = - ч _C . Кроме того, давление в точке выхода составляет атмосферное давление. Таким образом:

${\displaystyle {v_{C}^{2} \over 2}-gh_{C}+{P_{\mathrm {atm} } \over \rho }=\mathrm {constant} }$

( 4 )

Скорость [ править ]

Поскольку сифон представляет собой единую систему, константа во всех четырех уравнениях одинакова. Уравнивание уравнений 1 и 4 друг другу дает:

${\displaystyle {0^{2} \over 2}+g(0)+{P_{\mathrm {atm} } \over \rho }={v_{C}^{2} \over 2}-gh_{C}+{P_{\mathrm {atm} } \over \rho }}$

Решение для v _C :

Скорость сифона:

${\displaystyle v_{C}={\sqrt {2gh_{C}}}}$

Таким образом, скорость сифона определяется исключительно разницей высот между поверхностью верхнего резервуара и точкой слива. Высота промежуточной верхней точки h _B не влияет на скорость сифона. Однако, поскольку сифон представляет собой единую систему, v _B = v _C, а средняя верхняя точка ограничивает максимальную скорость. Точку слива нельзя опускать бесконечно для увеличения скорости. Уравнение 3 ограничивает скорость положительным давлением в промежуточной верхней точке, чтобы предотвратить кавитацию . Максимальную скорость можно вычислить, объединив уравнения 1 и 3:

${\displaystyle {0^{2} \over 2}+g(0)+{P_{\mathrm {atm} } \over \rho }={v_{B}^{2} \over 2}+gh_{B}+{P_{B} \over \rho }}$

Установка P _B = 0 и решение для v _max :

Максимальная скорость сифона:

${\displaystyle v_{\mathrm {max} }={\sqrt {2\left({P_{\mathrm {atm} } \over \rho }-gh_{B}\right)}}}$

Глубина - d начальной точки входа сифона в верхний резервуар не влияет на скорость сифона. Уравнение 2 не подразумевает ограничения глубины начальной точки сифона, поскольку давление P _A увеличивается с глубиной d . Оба эти факта подразумевают, что оператор сифона может снимать нижний или верхний снимок верхнего резервуара, не влияя на производительность сифона.

Это уравнение для скорости такое же , как у любого объекта падения высоты ч _C . Это уравнение предполагает, что P _C - атмосферное давление. Если конец сифона находится ниже поверхности, высоту до конца сифона использовать нельзя; лучше использовать разницу в высоте между резервуарами.

Максимальная высота [ править ]

Хотя сифоны могут превышать барометрическую высоту жидкости в особых обстоятельствах, например, когда жидкость дегазирована, а трубка чистая и гладкая ^[80], в целом практическая максимальная высота может быть найдена следующим образом.

Уравнивание уравнений 1 и 3 друг другу дает:

${\displaystyle {0^{2} \over 2}+g(0)+{P_{\mathrm {atm} } \over \rho }={v_{B}^{2} \over 2}+gh_{B}+{P_{B} \over \rho }}$

Максимальная высота промежуточной верхней точки достигается, когда она настолько высока, что давление в промежуточной верхней точке равно нулю; в типичных сценариях это приводит к образованию пузырьков жидкости, и если пузырьки увеличиваются и заполняют трубу, сифон «ломается». Установка P _B = 0:

${\displaystyle {P_{\mathrm {atm} } \over {\rho }}={v_{B}^{2} \over 2}+gh_{B}}$

Решение для h _B :

Общая высота сифона:

${\displaystyle h_{B}={P_{\mathrm {atm} } \over \rho g}-{v_{B}^{2} \over 2g}.}$

Это означает, что высота промежуточной верхней точки ограничена давлением вдоль линии тока, которое всегда больше нуля.

Максимальная высота сифона:

${\displaystyle h_{B\mathrm {,max} }={P_{\mathrm {atm} } \over \rho g}}$

Это максимальная высота, на которой будет работать сифон. Подстановка значений даст приблизительно 10 метров для воды и, по определению стандартного давления , 0,76 метра (760 мм или 30 дюймов) для ртути. Отношение высот (около 13,6) равно отношению плотностей воды и ртути (при данной температуре). Пока выполняется это условие (давление больше нуля), поток на выходе из сифона по-прежнему определяется только разницей высот между поверхностью источника и выходом. Объем жидкости в аппарате не имеет значения, пока напор остается выше нуля в каждой секции. Поскольку при увеличении скорости давление падает, статический сифон (или манометр) может иметь немного большую высоту, чем проточный сифон.

Вакуумные сифоны [ править ]

Эксперименты показали, что сифоны могут работать в вакууме за счет когезии и прочности на разрыв между молекулами, при условии, что жидкости чистые и дегазированные, а поверхности очень чистые. ^{[4] [81] [6] [7] [82] [83] [84]}

Оксфордский словарь английского языка [ править ]

В статье Оксфордского словаря английского языка (OED) о сифоне , опубликованной в 1911 году, говорится, что сифон работает при атмосферном давлении . Стивен Хьюз из Технологического университета Квинсленда раскритиковал это в статье 2010 года ^[22], которая широко освещалась в СМИ. ^{[85] [86] [87] [88]} Редакторы OED заявили, что «среди ученых продолжаются споры о том, какое мнение является правильным. ... Мы ожидаем отразить эти дебаты в полностью обновленной статье для сифона, которая должна быть будет опубликовано позже в этом году ". ^[89] Доктор Хьюз продолжал отстаивать свою точку зрения на сифон в публикации в конце сентября в блоге Oxford. ^[90] В 2015 году OED сформулировал следующее определение:

Трубка, используемая для подачи жидкости вверх из резервуара, а затем сама по себе вниз на более низкий уровень. После того, как жидкость была нагнетена в трубку, обычно путем всасывания или погружения, поток продолжается без посторонней помощи.

В настоящее время Британская энциклопедия описывает сифон как:

Сифон, также называемый сифоном, инструмент, обычно в форме трубы, изогнутой для образования двух ножек неравной длины, для переноса жидкости через край сосуда и доставки ее на более низкий уровень. Сифоны могут быть любого размера. Действие зависит от влияния силы тяжести (а не от разницы атмосферного давления, как иногда думают; сифон будет работать в вакууме) и от сил сцепления, которые предотвращают разрушение столбов жидкости в опорах сифона под воздействием давления. собственный вес. На уровне моря воду можно поднять с помощью сифона на расстояние чуть более 10 метров (33 футов). В гражданском строительстве трубопроводы, называемые перевернутыми сифонами, используются для отвода сточных вод или ливневых вод под потоками, выемками на шоссе или другими углублениями в земле. В перевернутом сифоне жидкость полностью заполняет трубу и течет под давлением,в отличие от гравитационного потока в открытом канале, который возникает в большинстве санитарных или ливневых коллекторов.^[91]

Стандарты [ править ]

Американское общество инженеров-механиков (ASME) публикует следующий трех гармонизированный стандарт:

• ASSE 1002 / ASME A112.1002 / CSA B125.12 о требованиях к рабочим характеристикам антисифонных заправочных клапанов (шаровых кранов) для емкостей для промывки самотечных водяных шкафов

См. Также [ править ]

• 1992 Взрывы в Гвадалахаре для выяснения деталей аварии, когда водопровод ( ловушка , также известный как перевернутый сифон ) был частично ответственен за взрывы газа.
• Сообщающиеся сосуды
• Подача самотеком
• Сифон для покачивания
• Банка маро
• Чаша пифагора

Ссылки [ править ]

Цитаты

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме сифонов .

• «Сифон в вакууме» . Периодическая таблица видео . Ноттингемский университет .