范文一:实验五 虹吸原理演示
实验五 虹吸原理演示 一、 演示目的:
、 观察虹吸的形成和破坏,以及虹吸管沿程压力的分布情况。 1
2、 测量虹吸管真空度,确定最大真空域。
3、 定性分析虹吸管流动的能量转换特性。
4、 观察虹吸原理在虹吸式出水流道中的应用情况,分析其优缺点。
5、观察泵站的虹吸式出水流道边界条件下产生的流动及旋涡现象。
6、通过对旋涡的观察,分析搞清旋涡产生的原因与条件,及虹吸式出水流道局部损失
7
二、演示设备:
虹吸原理演示仪示意图
可调
开关
二维虹吸流道流场演示仪
二、
虹吸原理演示仪通过虹吸的形成过程以及虹吸形成后沿程压力分布情况,展示虹吸形成的机理。并通过虹吸的破坏,说明虹吸应用中的注意点。下面结合泵站虹吸式出水流道说明虹吸原理在工程中的应用。
流经固体边界的水流,当达到一定雷诺数时,由于固体边界的形状和大小突然发生变化,在惯性的作用下,就会出现主流与边界分离而产生旋涡。水流在这些突变的边界处形成局部水流阻力,损失较大能量。在旋涡范围内,水流常表现为高度紊乱并伴随有剧烈摩擦、分裂和撞击作用,部分水流运动的连续性遭受破坏,出现明显的主流与固体边界脱离,而导致大尺度旋涡的产生。
流动演示模拟泵站的虹吸式出水流道的几何边界,并采有气泡示踪法,把流动中的流线、
流动演示装置采用自循环供水方式,只要接通水源和220V电源,即可进行演示。
本装置显示水泵站的虹吸式出水流道纵剖面上的流动图象。通过流线及旋涡的显示的情况,可比较分析虹吸式出水流道边界的合理性,尤其虹吸式出水流道出口下方的旋涡,说明
四、演示步骤
1、
2、 打开虹吸原理演示仪的电源开关,调节调速开关至最大,观察虹吸形成的过程。
3、 观察虹吸管沿程压力分布情况,分析其原因,并拔开最高处的测压管,观察虹吸破
坏情况。
4、打开泵站的虹吸式出水流道演示仪的电源开关,调节调速开关,将进水量开大或关小,观察虹吸式出水流道纵剖面上流动的变化情况。
5
6
五、思考题
1、为什么虹吸式出水流道出口下方会出现旋涡?
2、如何消除虹吸式出水流道出口下方出现的旋涡?
范文二:虹吸现象原理实验
虹吸现象原理实验
实
验
说
明
手
册
上海同广科教仪器有限公司 2014年 8月
虹吸现象原理实验说明书
一、实验目的
1. 观察虹吸发生、发展及破坏的过程。
2. 理解虹吸工作的原理及估算虹吸管能使虹吸正常工作的高度。
后根据已知条件, 正确选择计算断面, 为了求解管内流速及流量, 我们应选取通 过水池表面 A 点的断面 1— 1和通过虹吸管出口处 C 点的断面 2— 2, 列出稳定总 流量能量方程:
2
2
22w V H h g
α=
+
由上式可以看出,虹吸管引流液体的能量来自虹吸管出口至容器内水面间 的位能(位置水头) H ,它的一部分用于克服虹吸管内的阻力,即损失能量 hw ,
另一部分用于转变为流速水头 222V g ,以保证有一定的流量流出。由此可得虹吸管
内的断面平均流速为:
2V =
因而通过虹吸管的流量为:
224
4
Q d V d π
π
=
=
虹吸高度 h (即虹吸管的顶点到容器水面的距离)是有一定限制的。下面 我们通过对虹吸管最高处的水力特性分析来说明, 仍以上面所选的 0— 0 ′为计 算基准面,并对断面 1— 1和断面 3— 3写出稳定总流能量方程:
2
2
3
33111322w P V V H H h h g
g
ααγ
-+
=++
+
+
由于 2
1102V g α≈及 31α≈,则:23
3132w V P h h g γ-??=++ ???
式中右边括弧中各项皆为正值,为负值,即 C 点产生真空,其真空度为:
2
3
132w P V h h g
αγ
-=
++
因此,对于水来讲,虹吸高度 h 的理 论值应为:
2
13210() 2w V h h mH O g -=-+
通过弯管流量计的流量为:
Q h η= (2/) f D r η=
四、实验步骤
1. 将测压小水箱中加水至 1/2。 为增加演示效果, 可在水中加入少量红墨水。 2.
开启水泵,向高水位水箱,低水位水箱注水,使高水位水箱有溢流,低
水位水箱水位达到 2后,关闭供水阀。
3. 打开低位水箱的放水阀,在虹吸管形成真空后,水流将由高位水箱向低 位水箱流动, 同时能看到测压小水箱中的各测压管中的水位的变化, 显示管路中 各处的真空压力值,其它两根用以测量虹吸管路中弯管流量计的压差。
4. 打开螺塞,吸入空气,可观察虹吸之破坏过程。
五、思考题
1、为什么虹吸式出水流道出口下方会出现涡旋?
2、如何消除虹吸式出水流道出口下方出现的涡旋?
范文三:实验五虹吸原理演示
实验五 虹吸原理演示 一、 演示目的:
1、 观察虹吸的形成和破坏,以及虹吸管沿程压力的分布情况。
2、 测量虹吸管真空度,确定最大真空域。
3、 定性分析虹吸管流动的能量转换特性。
4、 观察虹吸原理在虹吸式出水流道中的应用情况,分析其优缺点。
5、观察泵站的虹吸式出水流道边界条件下产生的流动及旋涡现象。
6、通过对旋涡的观察,分析搞清旋涡产生的原因与条件,及虹吸式出水流道局部损失
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二、演示设备:
虹吸原理演示仪示意图
可调
开关
二维虹吸流道流场演示仪
二、
虹吸原理演示仪通过虹吸的形成过程以及虹吸形成后沿程压力分布情况,展示虹吸形成的机理。并通过虹吸的破坏,说明虹吸应用中的注意点。下面结合泵站虹吸式出水流道说明虹吸原理在工程中的应用。
流经固体边界的水流,当达到一定雷诺数时,由于固体边界的形状和大小突然发生变化,在惯性的作用下,就会出现主流与边界分离而产生旋涡。水流在这些突变的边界处形成局部水流阻力,损失较大能量。在旋涡范围内,水流常表现为高度紊乱并伴随有剧烈摩擦、分裂和撞击作用,部分水流运动的连续性遭受破坏,出现明显的主流与固体边界脱离,而导致大尺度旋涡的产生。
流动演示模拟泵站的虹吸式出水流道的几何边界,并采有气泡示踪法,把流动中的流线、
流动演示装置采用自循环供水方式,只要接通水源和220V电源,即可进行演示。
本装置显示水泵站的虹吸式出水流道纵剖面上的流动图象。通过流线及旋涡的显示的情况,可比较分析虹吸式出水流道边界的合理性,尤其虹吸式出水流道出口下方的旋涡,说明
四、演示步骤
1、
2、 打开虹吸原理演示仪的电源开关,调节调速开关至最大,观察虹吸形成的过程。
3、 观察虹吸管沿程压力分布情况,分析其原因,并拔开最高处的测压管,观察虹吸破
坏情况。
4、打开泵站的虹吸式出水流道演示仪的电源开关,调节调速开关,将进水量开大或关小,观察虹吸式出水流道纵剖面上流动的变化情况。
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五、思考题
1、为什么虹吸式出水流道出口下方会出现旋涡?
2、如何消除虹吸式出水流道出口下方出现的旋涡?
范文四:虹吸原理
虹吸原理.txt爱人是路,朋友是树,人生只有一条路,一条路上多棵树,有钱的时候莫忘路,缺钱的时候靠靠树,幸福的时候别迷路,休息的时候靠靠树~浅谈虹吸式屋面雨水排放系统的应用
浅谈虹吸式屋面雨水排放系统的应用
〔摘要〕简要介绍虹吸式雨水排放系统的发展历史和虹吸工作的原理,并提出在应用该技术时应该注意的一些要点。
〔关键词〕虹吸屋面雨水满管压力流紧固系统暴雨重现期
虹吸雨水排放系统最早应用于欧洲,从20世纪60年代起步,发展到现在已经有近50年的历史了,而我国直到90年代初才从德国引进。经过十几年大量的试验和深入的研究,我国已经成功的研制出压力流(虹吸)屋面雨水排放系统。
虹吸式雨水排放系统适用于工业厂房、库房、公共建筑的大型屋面雨水的排放。其关键技术为不掺气的新型雨水斗,该种雨水斗采用特殊的构造,使雨水在进入雨水排放系统前得到整流,最大限度地将空气隔离在雨水排放系统之外,为系统内形成满管流提供条件。
虹吸雨水的形成过程经历三种流态,重力流、两相流、满管压力流。在降雨初期,雨水刚刚汇集,斗前水深不大,雨水斗内不能有效阻止空气进入,此时其流态为非满管流,气水逆向流动,此阶段为重力流。随暴雨的发展,雨水越聚越多,斗前水深加大,空气进入的越来越少,管道内形成断断续续的满管流和掺有气泡的满管流――两相流,当斗前水深达到一定高度,不再有空气掺入时,便形成满管压力流态。
通过对管道的管径、高差的控制,可以实现对管道内雨水的流态的控制,使系统大部分时间工作在虹吸压力满管流的流态。使管道内满管流形成一定的负压,斗前水面受到管道内外压差的作用,增大了管道的流量,大大增强了雨水系统的排水能力。这便是虹吸式雨水排放系统的工作原理。与传统雨水系统相比,虹吸雨水系统管径小,排水量大,立管少,对建筑立面和空间影响小。
虹吸式雨水排放系统应用中应注意以下的几个问题。首先,斗前水深的控制。斗前水深太小,不能有效地形成虹吸满管流,系统不能在虹吸状态下运行,排水能力便不能达到设计要求的状态。斗前水深太大,给屋面增加荷载,为结构安全带来隐患,可能需要提高结构的强度,而造成工程造价的提高。尤其对轻钢结构的屋面,其承载力需结构工程师校核并相应提高,而且对此种屋面,其天沟与与屋面不能完全密闭,斗前水深过高,可能使雨水通过其间缝隙渗漏至室内。在设计中必须予以重视,合理控制天沟深度、斗前水深及屋面、天沟的承载力,并设置必要的溢水系统,防止积水过高,造成危险。
第二、合理地选取暴雨重现期。重现期选取太大时,造成管径偏大,系统大部分工况运行于重力流状态和两相流状态,排水能力达不到设计要求,而且雨水流速偏小,不能对管道形成有效的冲刷力,管道容易堵。重现期取值太小,则遇特大暴雨时,建筑的安全得不到保障。因此应根据工程实际情况,结合本地的气象条件、气象资料,合理选取暴雨重现期。
第三、管径的选取必须经过水力计算。要尽可能的控制管道内雨水流态和负压值,就必须经过严格的水力计算,合理地确定各段的管径。目前,国内外对虹吸雨水系统的计算方法主要有两种,一种是基于满流状态的伯努力方程,其方法是国内水力学课程的基础之一,经过了科学的验证。另一种是基于两相流技术的计算,这种方法是建立在生产厂家自己大量试验基础上的,是半经验的计算方法,是普遍适用,还是只对厂家自己的产品适用还有待定论。目前只有少数专业厂家掌握该项技术,而一般的设计单位缺乏试验的条件,还不能完全掌握此计算方法。
第四、悬吊管的热力补偿,由于热胀冷缩作用,悬吊管的涨力需要受到控制,否则会对建筑的结构造成威胁。现在大多数专业厂家采取用专用的紧固系统,使管道与建筑的结构脱离开来,把大管段涨缩分成若干小管段涨缩,通过紧固系统吸收,从而可以取消伸缩节,保
证虹吸不因管道的缝隙而破坏。
第五、要特别注意管道内的震动和噪声问题,由于管道内的压力变化有正有负,在未达到满管虹吸状态时还夹杂有空气的作用,系统在运行中会有较大的震动和噪声,虽然震动可以被紧固系统吸收一小部分,但对结构的影响不能忽视,应提醒相关专业在结构计算中考虑此部分的荷载。而噪声问题,目前只能采取一定的消声措施,完全解决的办法还没有出现,因此对于环境噪声控制严格的建筑,需要认真研究确定系统的方
范文五:虹吸原理
流 体
( 虹 吸
学原 理 的
实 验 论 文论 证 及 应 用) 力
虹吸原理的论证及应用
摘 要:本文首先从生活中常见的虹吸现象入手,然后运用真空虹吸实验的方法阐述其原理,最后从实际工程和日常生活两个方面列举虹吸原理在吸滤池、虹吸式屋面排水系统和虹吸式马桶、虹吸式洗胃的应用。
关键词:虹吸原理 吸滤池 虹吸式屋面排水系统 虹吸式马桶 虹吸式洗胃
1、 引言
虹吸是我们日常生活中最常见的物理现象之一。在古代,农业灌溉、战争灭火、唧筒、秤漏等就是虹吸原理在各个方面的运用。在现代,虹吸原理在实际工程和日常生活方面同样取得了广泛的应用。因此,理解虹吸原理并将其运用到工程、生活中在当今这个社会中也显得尤其重要。
2、 生活中常见的虹吸现象
虹吸现象在我们生活中很常见,医生给病人打点滴时,点滴瓶中点滴液持续流进体中就是虹吸原理;鱼缸换水时,将水管装满水, 一端放鱼缸内, 一端置于地面, 放手后水开始从鱼缸中沿着水管流出;泡咖啡机利用虹吸原理泡咖啡时,通过加热下方烧瓶内的水, 使沸水的蒸气压将沸水由玻璃管压入上层煮咖啡, 降温后使下层呈类似真空状态来吸取上层已煮好之咖啡, 再用滤纸过滤渣仔 ,就可以得到纯咖啡了。
3、 真空虹吸实验
3.1、真空虹吸实验的原理
一个充满液体的n 型管道两个端口产生高度差后,处于高水位端口的“I ”型管内的液体就会从低到高、自下而上逆反重力方向爬升至管内顶端即产生一种反重力方向倒流水现象,从而使原本处于水平状态的液态水产生高度差现象。
3.2、真空虹吸原理的实验步骤
第一步骤:给试管内注满水并用手指堵住开口处倒插入装有一半水的烧杯内并摆放在真空玻璃钟罩的底板位置,此时试管内部和试管外部烧杯内部的液态水保持大约20-25cm 的高度差,必要时并给真空玻璃钟罩底座和边沿口的涂抹上凡士林防备漏气,后将其罩在玻璃钟罩的底版上。
第二步骤:用软管分别连接玻璃钟罩底板的连接端口和抽气机的连接端口并打开抽气机的电源开关。
第三步骤:抽气机工作大约15秒后 (这个
过程的长短取决于玻璃钟罩容积的大小和真空
泵功率的大小) 试管内的液柱开始松动并出现
一小部分下降趋势(气压仍在不断减小、真空罩
内呈真空度状态) ,与此同时烧杯内的液态水中
不断有少量气泡冒出成沸腾状态,根据水的沸
点与真空度的关系可以得知此时真空玻璃钟罩内的真空度约为10毫巴即1000帕。
第四步骤:抽气机工作25秒后试管内部的液柱已经全部下降至试管外的烧杯内部,即试管内部和试管外部烧杯内部的液态水保持同一高度,即真空玻璃钟罩内部的试管其内部和外部均呈现中度真空状态,与此同时,烧杯内的液态水伴有大量的气泡冒出。
第五步骤:抽气机继续抽气工作长达54秒后 (此时玻璃钟罩内真空度约为0.1-5毫巴的高度真空状态) 液态水的沸腾现象即冒气泡现象逐渐趋于缓和和消失,与此同时试管内原本已经完全降落至烧杯内的水却神奇般的再一次进入到试管内部,并自低到高、从下而上逆反重力方向慢慢向上爬升了一个H2(约180mm) 的高度。
第六步骤:抽气机工作55秒后即视频时间为00:01:05,强行拔掉安插在真空玻璃钟罩地板连接端口上的抽气机软管。
第七步骤::伴随着空气钻进玻璃钟罩内尖锐的嘶叫声,试管内部的水又一次逆反重力方向向上爬升了一个H1(约20mm) 的高度。 (此步骤意在证明H1水柱高度为气体进入所导致的,反衬H2水柱高度为真空状态下所产生)
第八步骤此时取掉玻璃钟罩,实验又恢复到了原来的初始状态。
3.3、实验分析及结果
空气钻进玻璃钟罩后,试管内部的水又一次逆反重力方向向上爬,是因为烧杯液面的压强大于同高度的试管内液面的压强,只有当同高度液面的压强相同时,试管内的水就会静止。
虹吸原理:加在密闭容器里液体上的压强,处处都相等。而虹吸管里灌满水,没有气,来水端水位高,出水口用手掌或其他物体封闭住。此时管内压强处处相等。一切安置好后,打开出水口,虽然两边的大气压相等,但是来水端的水位高,压强大,推动来水不断流出出水口
4、虹吸原理的应用
4.1、虹吸滤池
4.1.1、虹吸滤池的构造
虹吸滤池是由6~8个单元滤池组成一个整体。滤池的形状主要是矩形,水量少时也可建成圆形。滤池的中心部分相当于普通快滤池的管廊,滤池的进水和冲诜水的排除由虹吸管完成。管廊上部设有真空控制系统14。
4.1.2、虹吸滤池的的工作原理
首先破坏进水虹吸管3的真
空,则配水槽2的水不再进入滤
池,滤池继续过滤。起初滤池内
水位下降较快,但很快就无显著
下降,此时就可以开始冲洗。利
用真空系统14抽出冲洗虹吸管15中的空气,使它形成虹吸,并把滤池内的存水通过冲洗虹吸管15抽到池中心的下部,再由冲洗排水管16排走。此时滤池内水位降低,当清水槽的水位与池内水位形成一定的水位差时,冲洗工作就正式开始了。冲洗水的流程与普通快滤池相似。当滤料冲洗干净后,破坏冲洗虹吸管15的真空,冲洗立即停止,然后,再启动虹吸管3,滤池又可以进行过滤。
4.2、虹吸式屋面排水系统
4.2.1、虹吸式屋面排水系统的组成 屋面雨水排水系统一般由虹吸式雨水斗、无坡度悬吊管、立管和雨水出户管(排出管)组成。
4.2.2、虹吸式屋面排水系统的工作原理
依靠特殊的雨水斗的设计,实行汽水分离,从而使雨水立管中为满流状态,当立管中的水达到一定的容量时,虹吸作用就产生了。降雨初期,雨量一般较小,悬吊管内是一有自由液面的波浪流。根据雨量大小的不同,部分情况下初期无法形成虹吸作用,是以重力流为主的流态。随着降雨量的增加,管内逐渐呈现脉动流,拔拉流,进而出现满管气泡流和满管汽水混合流,直至出现水的单向流状态。降雨末期,雨水量减少,雨水斗淹没泄流的斗前水位降低到某一特定值(根据不同的雨水斗产品设计而不同),雨水斗逐渐开始有空气掺入,排水管内的虹吸作用被破坏,排水系统又从虹吸流状态转变为重力流状态。在整个降雨过程中,随着降雨量的增加或减小,悬吊管内的压力和水流状态会出现反复变化的情况。与悬吊管相似,立管内的水流状态也会从附壁流逐渐向气泡流,气水浮化流过渡,最终在虹吸作用形成的时候,出现接近单向流的状态。在降雨过程中,由于连续不断的虹吸作用,整个系统得以令人惊奇的快速排除屋顶上的雨水。
4.3、虹吸式马桶
虹吸式马桶的工作原理:借冲洗水在便器的排污管道内充溢水后构成的虹吸现象,将污物排走。虹吸水便器的构造特性是便器体内有一个完好的管道。外形呈侧倒状“S ”形,应用给水时的水位差促进虹吸作用的构成,由于不借水力冲走污物,所以池壁坡度较缓,池底也扩展了存水面积。虹吸式马桶的最大特性就是噪声小。
4.4、虹吸洗胃
洗胃是指将胃管由口腔或鼻腔经食管插入胃内,利用重力和虹吸作用的原理用大量的溶液对胃腔进行冲洗的方法。多用于误服或自服有害物质的病人。胃管虹吸法是医生给食物中毒病人洗胃常用的方法, 操作方便。利用虹吸法给病人胸腔、腹腔穿刺放液, 省时省力, 相对于常规注射器抽吸法有一定的优势。
5、结论
本文运用真空虹吸实验的方法阐述了虹吸原理:加在密闭容器里液体上的压强,处处都相等。而虹吸管里灌满水,没有气,来水端水位高,出水口用手掌或其他物
体封闭住。此时管内压强处处相等。一切安置好后,打开出水口,虽然两边的大气压相等,但是来水端的水位高,压强大,推动来水不断流出出水口。然后从工作原理对虹吸滤池、虹吸式屋面排水系统、虹吸式马桶、虹吸洗胃进行了分析。通过这些应用实例的分析,我们可知虹吸原理已运用我们生活的方方面面。
6、参考文献
[1]上官诺金 真空中的“真空虹吸实验”实验报告 [EB/OL] (2012-09-25 ) http://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=6514 [2] 彭艳霞 滤池反冲洗系统自动化改造 [D] 江西省宁都县供水公司 2012年
[3] 马亮
马桶冲洗过程的流体力学模型 [D] 北京航空航天大学流体所 2004年