Что такое сосудом мариотта
Опубликовано 21.10.2011
Одна из часто встречающихся причин, из-за которой СНПЧ не печатает, – неправильная балансировка системы картриджи-доноры, когда давления чернил из емкостей недостаточно для нормального снабжения печатающей головки (ПГ) принтера, краски просто не текут в принтер. Противоположная проблема – высокое давление и протекание чернил внутрь каретки принтера или МФУ. Спасут в этой ситуации сосуды Мариотта либо демпферы.
Струйный принтер может нормально печатать только при небольшом пониженном давлении (разряжении) в ПГ. При использовании оригинальных картриджей это разряжение создается либо наполнителем-абсорбером (похожим на поролон), который удерживает в себе чернила, и не позволяет им быстро вытекать, либо тонким воздушным каналом, который не дает воздуху достаточно быстро поступать в картридж.
Разряжение в СНПЧ создается с помощью так называемых “доноров” (дополнительных больших емкостей для чернил). Донор имеет отверстие для воздуха, заменяющего использованные чернила, а конечным выходным отверстием фактически явлеются дюзы принтера. Для того, чтобы в системе присутствовали необходимое низкое давление, уровень краски в донорной емкости должен находится немного ниже уровня дюз печатающей головки, т.е. точки выхода красящей жидкости из системы СНПЧ-принтер.
Если использовать обычные бутылочки, без всякого контроля потока чернил, необходимо устанавливать их так, чтобы уровень заполненности постоянно был чуть ниже уровня дюз (примерно соответстует высоте выхода бумаги из принтера) на 10-20 мм. Это создаст нужное разряжение в системе. Необходимо иметь в виду, что в случае использования простых флакончиков, для нормальной работы системы это разряжение нужно поддерживать, постоянно перемещая бутылочки.
В донорах заводских СНПЧ (например, производства IST или Bursten) используется принцип сосуда Мариотта, изобретенный еще в 17 веке. Он позволяет обеспечить постоянную скорость вытекания жидкости из сосуда, несмотря на изменение ее уровня, а не контролировать давление чернил вручную. В отличие от флаконов самодельных систем, где уровнем давления красителя считается фактический уровень наполненности емкости, в донорах серийных СНПЧ уровнем давления становится верхняя граница чернил в воздушном отсеке (иногда этот отсек выполнен в виде простой трубки), а количество чернил в основном отсеке не меняет силы давления жидкости. Поэтому при установке такой СНПЧ нужно только один раз правильно поставить емкости для чернил – так, чтобы дно воздушного отсека было ниже уровня дюз ПГ на 1-2 см или на одной высоте с ПГ.
Основная ошибка балансировки СНПЧ с донорами на основе сосуда Мариотта состоит в том, что пользователи устанавливают дополнительные емкости на одной поверхности с принтером. Это не совсем правильно: в таком случае сразу после запуска или прочистки ПГ мы можем получить идеальный тест дюз (во время включения и прочистки принтер использует насос для прокачивания чернил), но во время обычной печати часть дюз исчезает и СНПЧ перестает печатать нормально. После новой прочистки или отключения-включения всё восстанавливается – тест дюз идеален, а во время интенсивной работы дюзы снова не пропечатывают.
В обратной ситуацаии пользователь ставит емкости слишком высоко и краски заливают все внутреннее пространство принтера – чернила просачиваются через клапан в ПГ или угловые штуцеры в соединении с блоком картриджей.
Чтобы избежать этих неприятностей необходимо увеличить давление чернил: немного приподнять доноры до такой высоты, чтобы уровень чернил в воздушном отсеке был 5-10 мм ниже уровня дюз. Следует понимать, что значение в 5-10 мм. не является оптимальным, и в каждом конкретном случае может разниться, многое зависит от технологии печати, модели принтера или МФУ, типа печатающей головки, проходимости и сечения шлейфов, вязкости чернил, и даже давления и температуры в комнате. Поэтому идеальный в вашей ситуации уровень нужно подбирать экспериментально.
Совместно с сосудами Мариотта можно также использовать “мега демпферы” – чернильные клапаны.
При перепечатке обязательно указание dofollow-ссылки на источник
Источник
1. заправка донора и его работа.
2. как согласовать или сбалансировать донор и ПГ.
Как правильно заправить донор и его работа. (рисунок donor)
1 – отсек с чернилами.
2 – воздушный отсек.
3 – трубка, по которой поступают чернила из донора к печатающей головке.
4 – отверстие для заправки донора чернилами.
5 – пробка для воздушного отсека.
Прежде чем заправлять донор чернилами, необходимо проверить его на герметичность, независимо от того купили Вы донор или сделали сами. Если донор не герметичен – работать он не будет, так что лучше сразу убедится в его герметичности.
1. Инструкция по правильной заправке донора.
Чтобы донор работал правильно, в воздушном отсеке не должно быть чернил, для этого, прежде чем начинать заправлять донор чернилами через отверстие 4, надо закрыть пробкой 5 воздушный отсек 2. Это нужно для того, чтобы в воздушный отсек при заправке донора не попали чернила. После того как заполнили донор чернилами (отсек 1), плотно закрываем заливное отверстие 4 пробкой и открываем пробку 5 в воздушном отсеке 2. Если, через некоторое время в воздушном отсеке 2 появились чернила, значит, происходит подсос воздуха в отсек 1.
Это может происходить из-за того, что заливное отверстие 4 не плотно закрыто или если донор изготовляли самостоятельно, плохо проклеены швы. Но если мы его до этого проверяли на герметичность, то причина одна – не плотно закрыта пробка чернильного отсека.
Закройте плотнее пробку чернильного отсека и откачайте чернила из воздушного отсека 2.
Для этого возьмите шприц 10 – 20мл. соедините его при помощи отрезка трубочки от капельницы со штуцером (фитингом) 6 выхода чернил из донора и осторожно начинайте вытягивать поршень шприца, шприц начнет наполняться чернилами, а в воздушном отсеке понижаться уровень чернил.
При помощи шприца полностью откачайте чернила из воздушного отсека. Как только воздушный отсек освободится от чернил, Вы это заметите сразу, так как воздух из воздушного отсека начнет поступать в чернильный отсек 1.
Будет видно, как воздух в виде пузырьков из отсека 2 поступает в отсек 1. Донор работает.
Отсоедините шприц с трубочкой от выходного отверстия и оставьте донор на несколько часов в покое, наблюдая при этом, не появляются ли чернила в воздушном отсеке.
Если наш донор работает как сосуд Мариотта, то в процессе печати в доноре в большом (чернильном) отсеке появляются пузырьки воздуха и слышно как они «булькают». Это воздух из малого (воздушного) отсека поступает в чернильный отсек, замещая чернила израсходованные на печать. Особенно это хорошо заметно, когда принтер печатает минут 20 – 30.
Если же этого не происходит то Ваш донор – «обыкновенная бутылочка с трубочкой до дна», и надо срочно удалять чернила из воздушного отсека.
2. как согласовать или сбалансировать донор и печатающую головку
Чтобы найти балансировочный уроывень, нужно делать соединители из ушных палочек и добавлять (временно) шлейф. В общем, добиваемся того, чтобы капсулы можно было расположить ЗА пределами принтера.
Понадобится линейка, стиккеры, карандаш, заглушки для нижней части капсул – 6 шт. (что угодно, лишь бы заткнуть отверстия, я использую Г образные фитинги с заплавленными концами, удобнее вставлять и вынимать).
1. Проверяем заправку доноров. При необходимости, заправляем так, чтобы в воздушном отсеке чернила были по нижнему срезу отсека. Желательно, чтобы уровень чернил во всех донорах был одинаков.
2. Проверяем заправку капсул. Заправляем 50х50, оптимально, для начала. Заправляем последовательно открывая нижние отверстия на капсулах, перевернув капсулу вверх тормашками и подымая доноры (опуская капсулы). На этом этапе уже можно определить проблемы с подачей чернил, по разной высоте, на которую приходится подымать, опускать. Поэтому, лучше делать это все на установленной системе, т.к. в случае пережатого шлейфа, это сразу станет заметно.
3. Закрываем все отверстия на всех донорах и на всех капсулах. Клеим стиккер на правый борт принтера на уровне каретки принтера. Вставляем лист бумаги в принтер, жмем подачу бумаги и при выходе листа с принтера отмечаем этот уровень на стиккере черточкой, пометив его буквой «N» – дюзы.
4. Устанавливаем доноры так, чтобы нижний срез воздушного отсека доноров был на уровне линии дюз.
5. Открыв воздушное отверстие на одном из доноров, пусть это будет черный, берем черную капсулу, переворачиваем вверх тормашками и открываем нижнее отверстие, то, что должно одеваться на штуцер. Размещаем капсулу немного выше уровня дюз и переворачиваем, наблюдая за чернилами, находящимися в капсуле, опускаем нижний срез капсулы по уровню воздушного отсека донора, т.е. по уровню дюз. В таком положении, этот канал СНПЧ должен быть в полном спокойствии, чернила никуда не движутся, с капсулы не вытекают и обратно в донор не стремятся. Желательно понаблюдать за этим хотя бы минуту, чтобы убедиться.
6. Медленно начинаем опускать капсулу ниже, продолжая наблюдать за чернилами в выходном отверстии. При опускании капсулы, чернила должны медленно начать выступать с выходного отверстия. При опускании, примерно на 1 см. ниже уровня воздушного отсека, чернила должны уже выступать. При поднимании капсулы на уровень нижнего среза воздушного отсека, чернила должны вернуться обратно в нулевое положение. При поднимании капсулы, примерно на 1см. выше уровня нижнего среза воздушного отсека донора, чернила должны пойти обратно в капсулу, втягивая за собой воздух через нижнее отверстие капсулы. Если это все происходит без видимых задержек или рывков, значит с этим каналом все нормально, выводим капсулу на нулевой уровень и делаем пометку на стиккере – черточка и буква «К» (черный). Закрываем капсулу. Берем следующую.
7. Повторяем п.5, 6 со всеми капсулами, тщательно наблюдая за движением чернил на выходе из капсулы. В идеале, у нас должна получится одна сплошная линия на стиккере с пометками N – дюзы, К – черный, С – циан, LC – лайт циан, М – мажетта, LM – лайт мажетта, Y – желтый. В реальности, эти уровни могут колебаться в пределах нескольких миллиметров, что в основном связано с различной пропускной способностью каналов, перегибы шлейфа на выходе из доноров и другое.
Предположим, у нас все нормально, линия получилась не совсем прямая, но и не синусоида.
Осталось главное – сама балансировка. Ищем подставку под доноры, такую, чтобы при установке на нее, нижний уровень воздушного отсека доноров, был на пару сантиметров ниже нашей линии на стиккере. Пара сантиметров не эталон, более точно придется подбирать опытным путем, для каждого принтера эта величина своя, для каждой СНПЧ она своя, для чернил она своя.
Запускаем интенсивную прочистку. Если таковой нет, значит запускаем пару прочисток драйвером с перерывом в пару минут. Делаем тест дюз.
Если он не полный, оставляем принтер в покое минимум на два часа, максимум на сутки для выхода воздуха из ПГ.
Если он нормальный – печатаем что нибудь на А4 со 100 процентной заливкой. Фото, к примеру. По окончанию печати делаем тест дюз. Если он в порядке – радуемся жизни. Если нет, смотрим, нет ли перекрывающихся цветов, т.е. один цвет на другом. Это говорит о переливе. Если такое есть – опускаем доноры на сантиметр, делаем прочистку и печатаем. Смотрим, при необходимости – повторяем.
Смотрите также:
Доноры по типу Офис
Сравнение доноров ОФИС и ПРО
Инструкция по заправке доноров Pro СНПЧ (система непрерывной подачи чернил)
Показ уровеня чернил в донорах. Наглядный макет
Способы защиты доноров СНПЧ (Система непрерывной подачи чернил) от пыли
Доноры типа ОФИС №2 – Фильтры
Источник
Сосуд Мариотта – плодотворная идея для разных аквариумных задач: автодолив, протока, автодозатор удобрений. Он дает постоянное давление на выходе, не зависящее от высоты столба жидкости. Регулируя высоту воздухозаборной трубки, можно более точно дозировать, например, подачу удобрений.
На рисунке Episode :
1- трубка с воздухом опущена ниже забора жидкости. Давление ниже атмосферного. Жидкость не течет и незначительно сопротивляется попыткам ее откачать.
2- трубка с воздухом на уровне забора жидкости. Давление равно атмосферному. Жидкость не течет, но и не сопротивляется попыткам ее откачать.
3- трубка с воздухом выше уровня забора жидкости. Давление выше атмосферного. Жидкость течет самостоятельно с малой, ПОСТОЯННОЙ скоростью.
4- трубка с воздухом значительно выше уровня забора жидкости. Давление значительно выше атмосферного. Жидкость течет самостоятельно с большой, ПОСТОЯННОЙ скоростью.
Для задачи аквариумного автодолива не нужны разные варианты сосуда Мариотта со взаимным расположением уровней слива и воздухозабора. Важно только расположение нижнего края воздухозаборной трубки – она должна быть на уровне поверхности аквариумной воды. Всё.
Главная прелесть такого автодолива – уровень воды в аквариуме всегда постоянный, не образуется широкая солевая полоса на стеклах. Полоска есть, но она узкая, по урезу воды – она малозаметна. Это особенно актуально для открытого аквариума и для палюдариума. Правда очистить такую полоску сложнее, формируется более толстый слой солей, приходится скребок с лезвием использовать.
Изготовление. Для сосуда Мариотта важна
герметичность
. Я делал по “чупо-чупсовой” технологии, давно отлаженной на системах СО2.
Воздухозаборную трубку хорошо бы снабдить обратным клапаном. Оно, конечно, и так все прекрасно работает, но при перестановках бутылка сдавливается и вода, бывает, выдавливается сверху. Да и на всякий случай – мало ли, вдруг кто-то опрокинет бутылку. Закрыть трубку клапаном не помешает.
Выход в аквариум сделан жесткой трубкой от сахарной ваты до самого дна, чтобы трубка не завоздушивалась при подменах/сливах воды. На выходе трубка заткнута крупной губкой и зафиксирована проволочкой, чтобы губка не выскочила и живность не заползала. Можно просто воткнуть трубку в углу в грунт – тогда и крепежка никакая не нужна. Если трубка открыта, то туда активно лезут улитки, привлеченные свежей водой.
Разные нюансы, заморочки, рекомендации:
Не допускать перегиба/пережатия трубки. Это важно – давление ведь практически нулевое.
Завоздушка
на верхних сгибах пока не наблюдалась, но теоретически может формироваться, если заливать воду прямо из крана. Лечение – отстаивание или нагрев воды перед заливкой. В принципе завоздушка некритична – это ж не протока. Даже если остановится автодолив, то нужно лишь надавить как при обычном запуске – прогнать пузырь на выход.
Неожиданная засада нарисовалась –
бутылка сжимается
. Столб воды создает отрицательное давление, это минус 20-25 см водяного столба. Такое отрицательное давление сдавливает обычную 5л бутылку в гармошку. Желательна бутля или канистра из более жесткого материала.
Вообще-то и со сдавленной бутылкой все работает, но нужно следить, чтобы не заломалась трубка внутри.
Сжимающаяся бутылка может опустить ниже воздухозаборную трубку, если она была не у самого дна, и уровень воды в аквариуме постепенно станет ниже. Придется приподнимать бутылку. Вода в аквариуме поддерживается на уровне нижнего конца воздухозаборной трубки. Этот конец не должен опускаться-подниматься.
К сведению: Сосуд Мариотта на своей высоте работает только в одну сторону. Если опустить бутлю ниже, то вода не потечет назад, она лишь увеличит давление в бутылке и будет подниматься по воздухозаборной трубке. Только если опустить верх воздухозаборной трубки ниже уровня аквариумной воды – тогда потечет. Если в трубку мариотта вставлен обратный клапан, то не потечет при любом положении бутылки – даже, если упадет.
Самый большой недостаток автодолива Мариотта – необходимость иметь неподалеку от аквариума полку на уровне аквариумной воды или какую-то мебель, чтобы было куда спрятать бутылку. Думаю, можно протянуть трубку и на большое расстояние под плинтусом по кабель-каналу. Сопротивление трубки не имеет значения, потому что скорость потока почти нулевая.
Еще небольшой недостаток ПВХ трубки – она через несколько месяцев белеет от воды, а хочется прозрачности..
Автодолив Мариотта заодно может работать как
автодозатор удобрений
. Удобрения (макро и калий) можно заливать сразу с расчетом на долгий срок.
Изменено 26.1.16 автор oltrew
Источник
Ìåõàíèêà ñïëîøíûõ ñðåä. Ëåêöèè.
Âûòåêàíèå æèäêîñòè ÷åðåç îòâåðñòèå â ñîñóäå.
Ïóñòü æèäêîñòü, çàïîëíÿþùàÿ ñîñóä, ïîä äåéñòâèåì ñèëû òÿæåñòè âûòåêàåò èç íåãî ÷åðåç îòâåðñòèå â áîêîâîé ñòåíêå, ðàñïîëîæåííîå âáëèçè äíà ñîñóäà (ðèñ. 3.6).  îòâåðñòèå âñòàâëåíà ãîðèçîíòàëüíàÿ òðóáêà ñ çàêðóãëåííîé âíóòðåííåé êðîìêîé, íàïðàâëÿþùàÿ âûòåêàþùóþ ñòðóþ âîäû. Çàêðóãëåííàÿ êðîìêà îáåñïå÷èâàåò ïîëíîå çàïîëíåíèå òðóáêè âûòåêàþùåé æèäêîñòüþ.
| Ðèñ. 3.6. |
Ðàçîáüåì òåêóùóþ æèäêîñòü íà òðóáêè òîêà. Îäíà èç òàêèõ òðóáîê èçîáðàæåíà íà ðèñóíêå 3.6. Õîòÿ ìû è íå çíàåì, êàê âûãëÿäÿò ýòè òðóáêè, îäíàêî âñå îíè íà÷èíàþòñÿ íà ñâîáîäíîé ïîâåðõíîñòè æèäêîñòè è çàêàí÷èâàþòñÿ íà âûõîäíîì òîðöå ñëèâíîé òðóáêè. Åñëè ïëîùàäü îòâåðñòèÿ òðóáêè S çíà÷èòåëüíî ìåíüøå ïëîùàäè ñâîáîäíîé ïîâåðõíîñòè S0, òî ïðè èñòå÷åíèè æèäêîñòè åå îïóñêàþùàÿñÿ ñ íåêîòîðîé ñêîðîñòüþ v0 ïîâåðõíîñòü áóäåò îñòàâàòüñÿ ãîðèçîíòàëüíîé. Ýòî îçíà÷àåò. ÷òî êîíñòàíòà, âõîäÿùàÿ â óðàâíåíèå Áåðíóëëè (3.14), áóäåò îäèíàêîâà äëÿ âñåõ òðóáîê òîêà:
Çäåñü H – âûñîòà óðîâíÿ æèäêîñòè â ñîñóäå. Ïîýòîìó ñêîðîñòü èñòå÷åíèÿ æèäêîñòè v îïðåäåëÿåòñÿ èç óðàâíåíèÿ
| (3.17) |
ãäå p0 – àòìîñôåðíîå äàâëåíèå íà ñâîáîäíîé ïîâåðõíîñòè è ó ñëèâíîé òðóáêè. Ïîñêîëüêó SS0, òî èç óñëîâèÿ íåñæèìàåìîñòè (3.2) ñëåäóåò, ÷òî v0v. Ñ ó÷åòîì ýòîãî ñêîðîñòü èñòå÷åíèÿ èç (3.17) ïîëó÷àåòñÿ ðàâíîé
| (3.18) |
Ýòà ôîðìóëà íîñèò íàçâàíèå ôîðìóëû Òîðè÷åëëè, ïîñêîëüêó áûëà ïîëó÷åíà Òîðè÷åëëè, æèâøåì äî Áåðíóëëè. Ñðàçó áðîñàåòñÿ â ãëàçà, ÷òî ñêîðîñòü èñòå÷åíèÿ æèäêîñòè èç ñîñóäà òàêàÿ æå, êàê è ïðè åå ñâîáîäíîì ïàäåíèè ñ âûñîòû H.  ýòîì íåò íè÷åãî óäèâèòåëüíîãî, ïîñêîëüêó âÿçêîñòüþ ìû ïðåíåáðåãëè, à ðàáîòà ñèë àòìîñôåðíîãî äàâëåíèÿ íàä òðóáêîé òîêà ðàâíà íóëþ. Ïîýòîìó, êàê è ïðè ñâîáîäíîì ïàäåíèè òåë â îòñóòñòâèå ñîïðîòèâëåíèÿ âîçäóõà, ïðè ðàùåíèå êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ðàâíî ðàáîòå ñèëû òÿæåñòè:
Ñïðàâåäëèâîñòü ôîðìóëû Òîðè÷åëëè ìîæíî ëåãêî ïðîâåðèòü, åñëè íà âûõîäíóþ òðóáêó íàäåòü êóñîê ãèáêîãî øëàíãà è âûòåêàþùóþ ñòðóþ âîäû íàïðàâèòü ââåðõ ïîä íåáîëüøèì íàêëîíîì ê âåðòèêàëè (ðèñ. 3.7). Ñòðóÿ ïîäíèìåòñÿ ïðàêòè÷åñêè äî óðîâíÿ ïîâåðõíîñòè æèäêîñòè. Åñëè æå ñòðóþ íàïðàâèòü âåðòèêàëüíî ââåðõ, òî âçëåòàþùèå ââåðõ ÷àñòèöû æèäêîñòè, âçàèìîäåéñòâóÿ ñ ïàäàþùèìè âíèç ÷àñòèöàìè, íå ñìîãóò ïîäíÿòüñÿ íà âûñîòó H.
| Ðèñ. 3.7. |
Èíòåðåñíî îòìåòèòü, ÷òî òðóáêè òîêà æèäêîñòè ðàñïîëîæåíû ïðåèìóùåñòâåííî áëèæå ê ñòåíêå ñîñóäà ñ îòâåðñòèåì, â òî âðåìÿ êàê ó ïðîòèâîïîëîæíîé (ëåâîé íà ðèñ. 3.8) ñòåíêè æèäêîñòü ïðàêòè÷åñêè ìàëîïîäâèæíà. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî íà ëåâóþ ñòåíêó äåéñòâóþò ñèëû äàâëåíèÿ, êîòîðîå ëåãêî ïîñ÷èòàòü, èñïîëüçóÿ ëèíåéíûé çàêîí íàðàñòàíèÿ ãèäðîñòàòè÷åñêîãî äàâëåíèÿ ñ ãëóáèíîé, äàâàåìîé ôîðìóëîé (2.11). Ðàñ÷åò ñèë äàâëåíèÿ, äåéñòâóþùèõ íà ïðàâóþ ñòåíêó, òðåáóåò ãèäðîäèíàìè÷åñêîãî ðåøåíèÿ çàäà÷è. Îäíàêî è áåç òàêîãî ðàñ÷åòà ÿñíî, ÷òî â òðóáêå òîêà, ïðèìûêàþùåé ê ïðàâîé ñòåíêå, äàâëåíèå íà êàæäîé ãëóáèíå áóäåò ìåíüøå ñîîòâåòñòâóþùåãî ýòîé ãëóáèíå ãèäðîñòàòè÷åñêîãî äàâëåíèÿ. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ðàâíîäåéñòâóþùàÿ ñèë äàâëåíèÿ, äåéñòâóþùèõ íà îáå ñòåíêè, íàïðàâëåíà â ñòîðîíó, ïðîòèâîïîëîæíóþ íàïðàâëåíèþ èñòå÷åíèÿ æèäêîñòè. Ïîä äåéñòâèåì ýòîé ñèëû, íàçûâàåìîé òàêæå ðåàêòèâíîé, ñîñóä, ïîñòàâëåííûé íà êîëåñà, ìîæåò ïðèäòè â äâèæåíèå. Âåëè÷èíó ýòîé ñèëû ëåãêî ïîñ÷èòàòü ñ èñïîëüçîâàíèåì ôîðìóëû Òîðè÷åëëè. Ïî 3-ìó çàêîíó Íüþòîíà èñêîìàÿ ðåàêòèâíàÿ ñèëà ðàâíà ïî âåëè÷èíå ñèëå, ñ êîòîðîé ñòåíêè ñîñóäà äåéñòâóþò íà âîäó, ñîîáùàÿ åå (ïî 2-ìó çàêîíó Íüþòîíà) ïðèðàùåíèå èìïóëüñà â íàïðàâëåíèè èñòå÷åíèÿ. Ïîñêîëüêó ìàññà, âûòåêàþùàÿ ÷åðåç îòâåðñòèå ñ ñå÷åíèåì S ðàâíà , òî èçìåíåíèå èìïóëüñà â åäèíèöó âðåìåíè ñîñòàâèò âåëè÷èíó Ïîýòîìó ðåàêòèâíàÿ ñèëà
| (3.19) |
| Ðèñ. 3.8. |
Îòìåòèì, ÷òî åñëè áû ìû îøèáî÷íî ïðèíÿëè, ÷òî ðàñïðåäåëåíèå äàâëåíèé ñ ãëóáèíîé ó ïðàâîé ñòåíêè áûëî òàêîå æå, êàê ó ëåâîé, òî ðåàêòèâíàÿ ñèëà ïîëó÷èëàñü áû âäâîå ìåíüøåé:
| (3.20) |
ãäå – âåëè÷èíà ãèäðîñòàòè÷åñêîãî äàâëåíèÿ íà ãëóáèíå H, S – ïëîùàäü îòâåðñòèÿ â ïðàâîé ñòåíêå.
Îäíàêî ìîæíî äîáèòüñÿ îäèíàêîâîãî (ãèäðîñòàòè÷åñêîãî) ðàñïðåäåëåíèÿ äàâëåíèé ó îáåèõ ñòåíîê, åñëè êîíåö òðóáêè ñ îñòðîé êðîìêîé áóäåò îòñòîÿòü îò ïðàâîé ñòåíêè, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 3.9.  ýòîì ñëó÷àå ðåàêòèâíàÿ ñèëà ìîæåò îïðåäåëÿòüñÿ ñ ïîìîùüþ ôîðìóëû (3.20). Åñëè æå åå âû÷èñëÿòü ïðè ïîìîùè (3.19), òî â ýòîé ôîðìóëå íàäî âìåñòî ñå÷åíèÿ òðóáêè S ïîäñòàâèòü ñå÷åíèå ñòðóè âîäû â òðóáêå SB=kS, ãäå êîýôôèöèåíò èñòå÷åíèÿ k1/2. Ïðè òàêîì èñòå÷åíèè òðóáêà áóäåò çàïîëíåíà æèäêîñòüþ ïðèáëèçèòåëüíî íàïîëîâèíó.
| Ðèñ. 3.9. |
Ðåàêòèâíóþ ñèëó ìîæíî óâåëè÷èòü, åñëè ïðåæäå âñåãî ïîâûñèòü ñêîðîñòü èñòå÷åíèÿ æèäêîñòè. Äëÿ ýòîãî ñëåäóåò èñïîëüçîâàòü çàìêíóòûé ñîñóä ñ îòâåðñòèåì, ïðè ýòîì íàä ñâîáîäíîé ïîâåðõíîñòüþ æèäêîñòè ñîçäàåòñÿ äàâëåíèå p1>p0. Òîãäà ñêîðîñòü èñòå÷åíèÿ æèäêîñòè èç óðàâíåíèÿ Áåðíóëëè ïîëó÷àåòñÿ ðàâíîé:
| (3.21) |
à ðåàêòèâíàÿ ñèëà âîçðàñòàåò ëèíåéíî ñ ïîâûøåíèåì èçáûòî÷íîãî äàâëåíèÿ íàä ñâîáîäíîé ïîâåðõíîñòüþ æèäêîñòè.
Ãèäðîðåçàíèå.
Åñëè ñîçäàòü î÷åíü âûñîêîå èçáûòî÷íîå äàâëåíèå, íàïðèìåð, 5000 àòì = 5*10 Í/ì2, òî ñêîðîñòü èñòå÷åíèÿ âîäû v = 1000 ì/ñ. Åñëè òàêóþ ñòðóþ íàïðàâèòü íà êàêîé-ëèáî òâåðäûé ìàòåðèàë, òî åãî ïîâåðõíîñòü áóäåò ïîäâåðæåíà ãèäðîäèíàìè÷åñêîìó äàâëåíèþ Òàêîå
îãðîìíîå äàâëåíèå â ðÿäå ñëó÷àåâ ìîæåò ïðåâîñõîäèòü ïðåäåë ïðî÷íîñòè íåêîòîðûõ ìàòåðèàëîâ, è ïîñëåäíèå áóäóò ðàçðóøàòüñÿ ïîä äåéñòâèåì ñòðóè. Ñî âòîðîé ïîëîâèíû 80-õ ãîäîâ ïîëó÷èëî ðàçâèòèå íîâîå íàïðàâëåíèå â îáðàáîòêå ìàòåðèàëîâ – ãèäðîðåçàíèå.  ýòîé òåõíîëîãèè âîäÿíîé íîæ – âûñîêî-ñêîðîñòíàÿ ñòðóÿ âîäû ñ äèàìåòðîì èãëû – ëåãêî ðåæåò ìàòåðèàëû òîëùèíîé â íåñêîëüêî ñàíòèìåòðîâ ñî ñêîðîñòüþ ðåçàíèÿ íåñêîëüêî äåñÿòêîâ ñàíòèìåòðîâ â ìèíóòó. Äëÿ ðåçêè ìåòàëëîâ, òâåðäûõ ñïëàâîâ, áåòîíà è äðóãèõ ìàòåðèàëîâ â ñòðóþ äîáàâëÿþò àáðàçèâíûé ïîðîøîê. Ýòî ïîçâîëÿåò çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èòü ãèäðîäèíàìè÷åñêîå äàâëåíèå è ïîâûñèòü ïðîèçâîäèòåëüíîñòü è âîçìîæíîñòè ãèäðîðåçàíèÿ.
Ñîñóä Ìàðèîòòà.
Âåñüìà ïîó÷èòåëüíûì äëÿ ïîíèìàíèÿ äâèæåíèÿ æèäêîñòè ÿâëÿåòñÿ èñòå÷åíèå æèäêîñòè èç ñîñóäà Ìàðèîòòà. Îí ïîçâîëÿåò îáåñïå÷èòü ïîñòîÿííóþ ñêîðîñòü âûòåêàíèÿ æèäêîñòè èç ñîñóäà, íåñìîòðÿ íà ïîíèæåíèÿ åå óðîâíÿ. Äëÿ ýòîãî â ñîñóä ÷åðåç ãåðìåòè÷íóþ ïðîáêó â åãî ãîðëîâèíó ââîäèòñÿ òðóáî÷êà, ñîîáùàþùàÿñÿ ñ àòìîñôåðîé (ðèñ. 3.10). Ñêîðîñòü âûòåêàíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå Òîðè÷åëëè , ãäå h – âûñîòà íèæíåãî êîíöà òðóáêè íàä îòâåðñòèåì. Ýòî ïðîèñõîäèò ïîòîìó, ÷òî ïðè íåçíà÷èòåëüíîì èñòå÷åíèè æèäêîñòè èç ïîëíîñòüþ çàïîëíåííîãî ñîñóäà äàâëåíèå ïîä ïðîáêîé áóäåò ìåíüøå àòìîñôåðíîãî, à äàâëåíèå â ãîðèçîíòàëüíîé ïëîñêîñòè, ñîâïàäàþùåé è íèæíèì êîíöîì òðóáêè, ðàâíî àòìîñôåðíîìó. Ñêîðîñòü âûòåêàíèÿ ëåãêî ðåãóëèðóåòñÿ âåðòèêàëüíûì ïåðåìåùåíèåì òðóáêè. Åñëè êîíåö òðóáêè íàõîäèòñÿ íà óðîâíå h=0 èëè íèæå îòâåðñòèÿ, òî æèäêîñòü íå âûòåêàåò âîâñå.
| Ðèñ. 3.10. |
Óñëîâèå íåñæèìàåìîñòè äâèæóùåéñÿ æèäêîñòè.
Ðàâåíñòâî (3.2), ÿâëÿþùååñÿ óñëîâèåì íåñæèìàåìîñòè, ñâÿçûâàåò ñêîðîñòè äâèæóùåéñÿ æèäêîñòè â äâóõ ðàçëè÷íûõ ñå÷åíèÿõ. Ìåæäó òåì, êàê íà ýòî íåîäíîêðàòíî îáðàùàëîñü âíèìàíèå â ïðåäûäóùèõ ëåêöèÿõ, â ôèçèêå âàæíî îïåðèðîâàòü ñ ðàâåíñòâàìè èëè óðàâíåíèÿìè, îòíåñåííûìè ê îäíîé òî÷êå ïðîñòðàíñòâà.
Äëÿ ýòîãî ðàññìîòðèì äåôîðìàöèþ äâèæóùåãîñÿ êóáè÷åñêîãî ýëåìåíòà æèäêîñòè. Åñëè åãî îáúåì ÷åðåç ìàëûé îòðåçîê âðåìåíè íå èçìåíÿåòñÿ, òî ñóììà äèàãîíàëüíûõ ýëåìåíòîâ òåíçîðà äåôîðìàöèè ðàâíà íóëþ, ò.å.
Çäåñü ux, uy è uz- ñìåùåíèÿ ãðàíåé êóáèêà â íàïðàâëåíèè ñîîòâåòñòâóþùèõ îñåé êîîðäèíàò. Îäíàêî ýòè ñìåùåíèÿ ñâÿçàíû ñî ñêîðîñòÿìè äâèæåíèÿ ãðàíåé (à òî÷íåå, ÷àñòèö æèäêîñòè, íàõîäÿùèõñÿ â äàííûé ìîìåíò íà ýòèõ ãðàíÿõ):
Ïîäñòàâëÿÿ ýòè ðàâåíñòâà â (3.22), ïîëó÷àåì ëîêàëüíîå (îòíîñÿùååñÿ ê îäíîé òî÷êå ïðîñòðàíñòâà) óñëîâèå íåñæèìàåìîñòè â âèäå
| (3.22) |
 ôèçèêå äëÿ îïèñàíèÿ âåêòîðíûõ ïîëåé, à â íàøåì ñëó÷àå ðå÷ü èäåò î âåêòîðíîì ïîëå ñêîðîñòåé v=v(x,y,z,t), èñïîëüçóåòñÿ ïîíÿòèå äèâåðãåíöèè (èñòîêà) ïîëÿ â äàííîé òî÷êå ïðîñòðàíñòâà.  äåêàðòîâîé ñèñòåìå êîîðäèíàò âûðàæåíèå äëÿ div v èìååò âèä:
| (3.23) |
Äèâåðãåíöèÿ âåêòîðà ÿâëÿåòñÿ ñêàëÿðíîé ôóíêöèåé êîîðäèíàò è âðåìåíè è ëåãêî ðàññ÷èòûâàåòñÿ, åñëè èçâåñòíû êîìïîíåíòû âåêòîðíîãî ïîëÿ (â íàøåì ñëó÷àå vx, vy è vz). Ïîýòîìó óñëîâèå (3.22) ïîñòîÿíñòâà îáúåìà íåñæèìàåìîé æèäêîñòè çàïèñûâàåòñÿ êðàòêî:
| (3.24) |
Îòìåòèì, ÷òî óðàâíåíèå (3.24) ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç îñíîâíûõ óðàâíåíèé ãèäðîäèíàìèêè íåñæèìàåìîé æèäêîñòè.
Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî èìååòñÿ ìíîæåñòâî âåêòîðíûõ ïîëåé, êàê, íàïðèìåð, ýëåêòðè÷åñêîå E=E(x,y,z,t) è ìàãíèòíîå B=B(x,y,z,t) ïîëÿ è äð., ïðè îïèñàíèè êîòîðûõ òàêæå øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ ïîíÿòèå äèâåðãåíöèè: div E èëè div B è ò.ä. Õîòÿ îíà îïðåäåëÿåòñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ (3.23), ââîäèòñÿ, îäíàêî, íåñêîëüêî èç äðóãèõ ñîîáðàæåíèé, ïîñêîëüêó â ýëåêòðîäèíàìèêå íå èäåò ðå÷ü î äâèæåíèè è äåôîðìàöèè ýëåìåíòà ìàòåðèàëüíîé ñðåäû.
Íà ïðèìåðå âåêòîðíîãî ïîëÿ ñêîðîñòåé v=v(x,y,z,t) ïîÿñíèì ôóíäàìåíòàëüíûé ñìûñë ïîíÿòèÿ äèâåðãåíöèè.
Äëÿ ýòîãî ðàññìîòðèì íåïîäâèæíûé ýëåìåíòàðíûé îáúåì ïðîñòðàíñòâà. dV=dxdydx è ïîñ÷èòàåì îáúåì æèäêîñòè, âòåêàþùèé è âûòåêàþùèé èç ýòîãî îáúåìà çà åäèíèöó âðåìåíè.
Ââåäåì ïîíÿòèå ýëåìåíòàðíîãî ïîòîêà âåêòîðà ñêîðîñòè v ÷åðåç ìàëåíüêóþ ïëîùàäêó dS:
| (3.25) |
ãäå dS=ndS – âåêòîð, íàïðàâëåííûé ïî íîðìàëè n ê ýëåìåíòàðíîé ïëîùàäêå. ßñíî, ÷òî ïîòîê (3.25) ðàâåí îáúåìó æèäêîñòè, ïåðåñåêàþùåé ïëîùàäêó dS çà åäèíèöó âðåìåíè (ðèñ. 3.12). Îí äîïóñêàåò òàêæå íàãëÿäíóþ ãåîìåòðè÷åñêóþ èíòåðïðåòàöèþ.  ñàìîì äåëå, â ñîîòâåòñòâèè ñ îïðåäåëåíèåì ëèíèé òîêà, äàííûì â íà÷àëå ýòîé ëåêöèè, èõ ãóñòîòà õàðàêòåðèçóåò ñêîðîñòü òå÷åíèÿ. Ïîýòîìó âåëè÷èíå ñêîðîñòè âñåãäà ìîæíî ïîñòàâèòü â ñîîòâåòñòâèå êîëè÷åñòâî ëèíèé òîêà, ïåðåñåêàþùèõ ïëîùàäêó ñ dS=1 è n || v. Òîãäà ïîòîê dNv â (3.25) áóäåò õàðàêòåðèçîâàòüñÿ ÷èñëîì ëèíèé, ïåðåñåêàþùèõ ïëîùàäêó ïðè åå ïðîèçâîëüíîé îðèåíòàöèè.
| Ðèñ. 3.12. |
Òåïåðü ëåãêî ïîñ÷èòàòü áàëàíñ ìåæäó âòåêàþùåé è âûòåêàþùåé æèäêîñòüþ äëÿ ýëåìåíòàðíîãî îáúåìà, èçîáðàæåííîãî íà ðèñ. 3.12. Äëÿ ýòîãî âîññòàíîâèì âíåøíèå íîðìàëè ïî âñåì 6-òè ãðàíÿì êóáèêà è ïîñ÷èòàåì ïîòîêè æèäêîñòè ÷åðåç åãî ãðàíè. Ëåãêî ïîíÿòü, ÷òî ïîëîæèòåëüíîå çíà÷åíèå ïîòîêà áóäåò äëÿ âûòåêàþùåé æèäêîñòè, à îòðèöàòåëüíîå – äëÿ âòåêàþùåé. Åñëè ñêîðîñòü â öåíòðå êóáèêà v(x,y,z) èçìåíÿåòñÿ ïðè ïðèáëèæåíèè ê ñîîòâåòñòâóþùèì ãðàíÿì, òî ïðè âû÷èñëåíèè òàêîãî ïîòîêà ýòî íåîáõîäèìî ó÷åñòü. Ðåçóëüòèðóþùèé ïîòîê îïðåäåëèòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì:
| (3.26) |
Ðàçäåëèâ ëåâóþ è ïðàâóþ ÷àñòè (3.26) íà dxdydz è ïåðåõîäÿ ê ïðåäåëó, ïîëó÷àåì
| (3.27) |
Òàêèì îáðàçîì, äèâåðãåíöèÿ âåêòîðà ñêîðîñòè ÷èñëåííî ðàâíà ïîòîêó æèäêîñòè ÷åðåç ïîâåðõíîñòü åäèíè÷íîãî îáúåìà. Åñëè æèäêîñòü íåñæèìàåìà, òî, åñòåñòâåííî, ýòîò ïîòîê äîëæåí áûòü ðàâåí íóëþ. Ãðàôè÷åñêè ïîñëåäíåå èíòåðïðåòèðóåòñÿ êàê ðàâåíñòâî êîëè÷åñòâà âõîäÿùèõ è âûõîäÿùèõ ëèíèé òîêà äëÿ ýòîãî îáúåìà. Ýòî, â ñâîþ î÷åðåäü, îçíà÷àåò, ÷òî â îêðåñòíîñòè òî÷êè, ãäå div v=0, ëèíèè òîêà íå ïðåðûâàþòñÿ. Ïîýòîìó ðàâåíñòâî div v=0 íàçûâàþò óñëîâèåì íåðàçðûâíîñòè.
Èç øêîëüíîãî êóðñà ôèçèêè èçâåñòíî, ÷òî ñèëîâûå ëèíèè ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîëÿ (àíàëîã ëèíèé òîêà) ïðåðûâàþòñÿ òîëüêî íà çàðÿäàõ. Ïîýòîìó äëÿ îáëàñòåé, íå çàíÿòûõ çàðÿäàìè, ìû òàêæå âïðàâå íàïèñàòü . Ñèëîâûå ëèíèè èíäóêöèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ B âñåãäà çàìêíóòû, ïîýòîìó âî âñåõ ñëó÷àÿõ div B=0.
Íàçàä | Âïåðåä
Ïîñìîòðåòü êîììåíòàðèè[3]
Источник