Принцип сообщающихся сосудов в канализации
Сообщающиеся сосуды – это сосуды, соединенные между собой ниже уровня жидкости в каждом из сосудов. Таким образом жидкость может перемещаться из одного сосуда в другой.
Перед тем как понять принцип действия сообщающихся сосудов и варианты их использования необходимо определиться в понятиях, а точнее разобраться с основным уравнением гидростатики.
Итак, сообщающиеся сосуды имеют одно общее дно и закон о сообщающихся сосудах гласит:
Какую бы форму не имели такие сосуды, на поверхности однородных жидкостей в состоянии покоя на одном уровне действует одинаковое давление.
Для иллюстрации этого закона и возможностей его применения начнем с рассмотрения основного уравнения гидростатики.
Основное уравнение гидростатики
P = P1 + ρgh
где P1 – это среднее давление на верхний торец призмы,
P – давление на нижний торец,
g – ускорение свободного падения,
h – глубина погружения призмы под свободной поверхностью жидкости.
ρgh – сила тяжести (вес призмы).
Звучит уравнение так:
Давление на поверхность жидкости, произведенное внешними силами, передается в жидкости одинаково во всех направлениях.
Из написанного выше уравнения следует, что если давление, например в верхней точке изменится на какую-то величину ΔР, то на такую же величину изменится давление в любой другой точке жидкости
Доказательство закона сообщающихся сосудов
Возвращаемся к разговору про сообщающиеся сосуды.
Предположим, что имеются два сообщающихся сосуда А и В, заполненные различными жидкостями с плотностями ρ1 и ρ2. Будем считать, что в общем случае сосуды закрыты и давления на свободных поверхностях жидкости в них соответственно равны P1 и P2.
Пусть поверхностью раздела жидкостей будет поверхность ab в сосуде А и слой жидкости в этом сосуде равен h1. Определим в заданных условиях уровень воды в сообщающихся сосудах – начнем с сосуда В.
Гидростатическое давление в плоскости ab, в соответствии с уравнение гидростатики
P = P1 + ρgh1
если определять его, исходя из известного давления P1 на поверхность жидкости в сосуде А.
Это давление можно определить следующим образом
P = P2 + ρgh2
где h2 – искомая глубина нагружения поверхности ab под уровнем жидкости в сосуде В. Отсюда выводим условие для определения величины h2
P1 + ρ1gh1 = P2 + ρ2gh2
В частном случае, когда сосуды открыты (двление на свободной поверхности равно атмосферному), а следовательно P1 = P2 = Pатм , имеем
ρ1h1 = ρ2h2
или
ρ1 / ρ2 = h2 / h1
т.е. закон сообщающихся сосудов состоит в следующем.
В сообщающихся сосудах при одинаковом давлении на свободных поверхностях высоты жидкостей, отсчитываемые от поверхности раздела, обратно пропорциональны плотностям жидкостей.
Свойства сообщающихся сосудов
Если уровень в сосудах одинаковый, то жидкость одинаково давит на стенки обоих сосудов. А можно ли изменить уровень жидкости в одном из сосудов.
Можно. С помощью перегородки. Перегородка, установленная между сосудами перекроет сообщение. Далее доливая жидкость в один из сосудов мы создаем так называемый подпор – давление столба жидкости.
Если затем убрать перегородку, то жидкость начнет перетекать в тот сосуд где её уровень ниже до тех пор пока высота жидкости в обоих сосудах не станет одинаковой.
В быту этот принцип используется например в водонапорной башне. Наполняя водой высокую башню в ней создают подпор. Затем открывают вентили, расположенные на нижнем этаже и вода устремляется по трубопроводам в каждый подключенный к водоснабжению дом.
Приборы основанные на законе сообщающихся сосудов
На принципе сообщающихся сосудов основано устройство очень простого прибора для определения плотности жидкости. Этот прибор представляет собой два сообщающихся сосуда – две вертикальные стеклянные трубки А и В, соединенные между собой изогнутым коленом С. Одна из вертикальных трубок заполняется исследуемой жидкостью, а другая жидкостью известной плотности ρ1 (например водой), причем в таких количествах, чтобы уровни жидкости в среднем колене находились на одной и той же отметке прибора 0.
Затем измеряют высоты стояния жидкостей в трубках над этой отметкой h1 и h2. И имея ввиду, что эти высоты обратно пропорциональны плотностям легко находят плотность исследуемой жидкости.
В случае, когда оба сосуде заполнены одной и той же жидкостью – высоты, на которые поднимется жидкость в сообщающихся сосудах, будут одинаковы. На этом принципе основано устройство так называемого водометного стекла А. Его применяют для определения уровня жидкости в закрытых сосудах, например резервуарах, паровых котлах и т.д.
Принцип сообщающихся сосудов заложен в основе ряда других приборов, предназначенных для измерения давления.
Применение сообщающихся сосудов
Простейшим прибором жидкостного типа является пьезометр, измеряющий давление в жидкости высотой столба той же жидкости.
Пьезометр представляет собой стеклянную трубку небольшого диаметра (обычно не более 5 мм), открытую с одного конца и вторым концом присоединяемую к сосуду, в котором измеряется давление.
Высота поднятия жидкости в пьезометрической трубке – так называемая пьезометрическая высота – характеризует избыточное давление в сосуде и может служить мерой для определения его величины.
Пьезометр – очень чувствительный и точный прибор, но он удобен только для измерения небольших давлений. При больших давлениях трубка пьезометра получается очень длинной, что усложняет измерения.
В этом случае используют жидкостные манометры, в которых давление уравновешивается не жидкостью, которой может быть вода в сообщающихся сосудах, а жидкостью большей плотности. Обычно такой жидкостью выступает ртуть.
Так как плотность ртути в 13,6 раз больше плотности воды и при измерении одних и тех же давлений трубка ртутного манометра оказывается значительно короче пьезометрической трубки и сам прибор получается компактнее.
В случае если необходимо измерить не давление в сосуде, а разность давлений в двух сосудах или, например, в двух точках жидкости в одном и том же сосуде применяют дифференциальные манометры.
Сообщающиеся сосуды находят применение в водяных и ртутных приборах жидкостного типа, но ограничиваются областью сравнительно небольших давлений – в основном они применяются в лабораториях, где ценятся благодаря своей простоте и высокой точности.
Когда необходимо измерить большое давление применяются приборы основанные на механических принципах. Наиболее распространенный из них – пружинный манометр. Под действием давления пружина манометра частично распрямляется и посредством зубчатого механизма приводит в движение стрелку, по отклонению которой на циферблате показана величина давления.
Видео по теме
Ещё одним устройством использующим принцип сообщающихся сосудов хорошо знакомым автолюбителем является гидравлический пресс(домкрат). Конструктивно он состоит из двух цилиндров: одного большого, другого маленького. При воздействии на поршень малого цилиндра на большой передается усилие во столько раз большего давления во сколько площадь большого поршня больше площади малого.
Вместе со статьей “Закон сообщающихся сосудов и его применение.” читают:
Источник
Канализация и водоснабжение дома – это подобие кровеносной и выделительной систем в человеческом организме. Без нормального их функционирования комфортное проживание в доме невозможно. Засор в канализации как тромб в сосуде, парализует работу санузла и осложняет вашу жизнь. Поэтому система канализации дома должна работать ИДЕАЛЬНО.
Система канализации дома: анатомия
Очистные сооружения в доме и за его пределами состоят из множества труб и сообщающихся сосудов. Центр системы – камера очистки воды. В ней происходят основные процессы: отстаивание и распад органики с участием микроорганизмов. Эти микроскопические «падальщики» способны расщепить любое органическое вещество и бытовую химию. Это совершенный, придуманный природой процесс. В современных системах бактерии образуют устойчивую саморегулирующуюся экосистему, практически не требующую вашего вмешательства.
Вместо бактерий в системах канализации можно использовать естественные фильтры – мелкий сыпучий грунт, песок или мелкую гальку. На них также сорбируются бактерии, и этот прием позволяет увеличить рабочую поверхность в десятки раз. Однако любой фильтр требует замены через некоторое время. В применении к домашней канализации это полная смена грунта на довольно большом участке.
Система канализации дома: физиология
Как работает канализация? По принципу сообщающихся сосудов, разница давления обеспечивается естественным или искусственным уклоном грунта. Если использовать насос, то уклон не нужен и камеры очистки можно размещать сколь угодно далеко от дома.
Кроме физических законов, в установке работают законы биологии. Бактерии, используемые в современных установках, делятся на 2 группы: анаэробные (живут в отсутствии кислорода) и аэробные (для жизнедеятельности им необходим воздух).
- Анаэробы вызывают брожение и расщепление органики до кислот, спиртов и газа. Также в процессе их работы выделяются летучие «пахучие» вещества, поэтому после их работы стоки все еще непрозрачные и запашистые
- Аэробные или кислородозависимые микроорганизмы разлагают промежуточные продукты распада до конечных. В природе это углекислый газ, вода, свободный азот и фосфаты. Любое органическое вещество, каким бы сложным оно ни было, в итоге заканчивает свой жизненный цикл в простейших соединениях. Если ваши стоки имеют специфику (много азотсодержащих веществ, фосфорных соединений, жиров), можно выбрать систему канализации дома с целенаправленным очищением от определенных веществ. Это достигается выбором особых бактерий.
Роль кислорода в системах канализации
Кислород – сильнейший окислитель. Он разрушает все вещества, образуя оксиды (воду, углекислый газ). Бактерии и их ферменты ускоряют этот процесс в разы. Данный принцип используется в аэрационных установках для очистки стоков.
Как это работает? Кислород подается в составе воздуха компрессором в аэрационную камеру в виде мелких пузырьков. На их поверхности образуется тончайшая биопленка – слой бактерий, разрушающих органику в присутствии воздуха. В итоге системами канализации стоки очищаются за несколько суток до практически чистой воды, ей можно мыть машину или поливать огород. Содержание органических и минеральных веществ в стоках, прошедших через подобные установки, не противоречит российскому санитарному законодательству.
Так бытовые сточные воды возвращаются в природный круговорот воды. А сухой органический остаток (полностью исключить его образование невозможно) регулярно откачивается и используется как удобрение. Просто, изящно, экологично.
Главная страница “Автономная канализация“
Источник
Всем известно, что нужно сделать с чайником, чтобы из его носика полилась вода, – просто наклонить. А вот вопрос, можно ли перевести корабль через гору в море или другой водоем, вызовет у нас сомнение. Чтобы ответить на него, сначала следует узнать, что из себя представляют сообщающиеся сосуды.
Закон сообщающихся сосудов
Сообщающиеся сосуды – это взаимодействующие друг с другом сосуды, которые имеют общее дно.
Рис. 1. Сообщающиеся сосуды
Закон сообщающихся сосудов гласит, что в таких сосудах, какую бы форму они не имели, поверхности однородных жидкостей в состоянии покоя находятся на одном уровне, то есть давление, оказываемое на стенки на любом горизонтальном уровне является одинаковым.
Если же в сосуде жидкости разные, то уровень выше в сосуде, в котором жидкость обладает меньшей плотностью. То есть, если в один сосуд налить жидкость, обладающую одной плотностью, а во второй – другой, то при равновесии их уровни не будут одинаковыми. Следовательно отсюда можно вывести формулу:
ρ1/ρ2=h2/h1
Где:
- ρ – плотность жидкости;
- h – высота столба.
Также для сообщающихся сосудов важной является формула:
p=gρh
Где:
- g – ускорение свободного падения;
- ρ – плотность жидкости (кг/куб.м);
- h – глубина (высота столба жидкости).
Этой формулой определяется давление жидкости на дно сосуда.
Древним римлянам было неизвестно определение сообщающихся сосудов, поэтому их акведуки – водопроводы занимали огромную протяженность над поверхностью земли и строились с равномерным уклоном вниз.
Свойства сообщающихся сосудов
В сообщающихся сосудах уровень жидкости одинаковый. Это происходит потому, что жидкость производит одинаковое давление на стенки сосуда. Достичь разного уровня однородной жидкости в сообщающихся сосудах можно с помощью перегородки между ними.
Перегородка перекроет сообщение между сосудами, и тогда можно в один из них долить жидкость, чтобы уровень изменился. В данной ситуации возникает напор – давление, производимое весом столба жидкости высотой, равной разности уровней. И если убрать перегородку, то именно это давление станет причиной тому, что жидкость будет перетекать в тот сосуд, где ее уровень ниже, до тех пор, пока уровни не станут одинаковыми.
В жизни очень часто можно встретить естественный напор. И таких примеров довольно много. Например, им обладает вода в горных реках, когда падает с высоты. Плотина также является примером естественного напора. Чем она выше, тем больше будет напор воды, поднятой плотиной.
Применение закона о сообщающихся сосудах
Принцип действия сообщающихся сосудов используется при сооружении фонтанов, водопроводов, шлюзов. Чайник и его носик тоже являются сообщающимися сосудами, так как вода, налитая в чайник, заполняет носик и всю остальную часть до одинаковой высоты. Применение свойств таких сосудов, могут даже помочь провести корабль через гору. И для этого как раз понадобиться шлюз. Шлюз – это лифт для судов. Если водное пространство перегорожено плотиной, то уровень воды в водохранилище выше, чем в реке ниже по течению. И чтобы добраться до этого уровня, судно должно зайти в шлюз, который отгорожен двумя водными непроницаемыми воротами. Когда шлюз полностью заполняется водой, судно выходит из шлюза и продолжает свой путь (уровень воды в шлюзе и водохранилище выравнивается по закону сообщающихся сосудов).
Рис. 2. Шлюз
Что мы узнали?
Из этой темы по физики за 7 класс можно ясно понять, какие сосуды называются сообщающимися. Ими могут называться лишь те сосуды, обладающие общим дном, где жидкость может свободно перетекать из одного сосуда в другой. Также сообщающиеся сосуды играют огромную роль в нашей повседневной жизни, облегчая ее и помогая выходить из трудных ситуаций. Принципы сообщающихся сосудов лежат в основе различных чайников, кофейников, водомерных стекол на паровых котлах.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда – пройдите тест.
-
Полина Борисенко
9/10
Алика Квегмайр
10/10
Яна Василькова
10/10
Елена Куренкова
9/10
Мария Егорова
8/10
Тимофей Черный
10/10
Максим Скарнович
10/10
Люба Музыченко
10/10
Владимир Шитов
9/10
Константин Никитич
9/10
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.2. Всего получено оценок: 871.
Источник
Гидрозатвор – важный узел в схеме подключения сантехоборудования к канализации в частном доме или квартире. Такие устройства еще называют сифонами. В гидрозатворе всегда находится немного воды, создающей пробку против неприятного запаха из труб. Также он выполняет защитную функцию для канализационной системы, блокируя гидроудары.
Принцип действия канализационного затвора
Гидравлические затворы конструктивно различаются, но в большинстве своем представляют собой изогнутые трубные отрезки. Иногда их оснащают дополнительными узлами.
Назначение устройства в том, чтобы создавать блокировку канализационным запахам и гидравлическим ударам, что снижает нагрузку на водосливные магистрали.
Схема действия прибора основана на принципе сообщающихся сосудов. Вода в колене перекрывает его, мешая просачиванию канализационных газов в жилое помещение. При использовании сантехнических приборов затвор наполняется водой вновь, что препятствует застою жидкости в нем, накоплению грязи и пересыханию.
Гидрозатворы монтируют не только в санузлах и ванных. Многие канализационные колодцы оборудуют подобным устройством для предотвращения обратного хода стоков.
Виды гидравлических затворов
По конструктивным особенностям выделяют шесть вариантов гидрозатворов.
Коленный. Внешне похож на подкову. Имеет пару перегибов – на входе и на выходе. Точка последнего должна располагаться немного ниже первого (на 50-60 мм). Иногда колено имеет вид буквы S, принцип действия такого устройства аналогичен. Основное достоинство коленных затворов в их прочности. Они максимально сдерживают гидроудары. Пропускная способность затвора зависит от диаметра трубы. Он не должен быть меньше выпуска сантехоборудования. Чаще всего коленные приборы устанавливают на сливах унитаза или ванны. Возможно подключение сразу двух устройств.
Бутылочный. Имеет форму колбы. Его очень просто разобрать, очистить и промыть. Входной патрубок состыковывается со сливным отверстием сантехнического оборудования, а выходной с канализационной трубой. Если гидрозатвор засоряется, канализация «встает». В этом случае нужно прочистить сифон. Это несложно сделать самостоятельно: снимите прибор и разберите и промойте. Подобные устройства имеют еще одно достоинство – упавшее в раковину или ванну украшение не уплывет в канализацию. Его просто извлечь, сняв сифон.
Двухоборотный. Конструктивно схож с коленным вариантом, но устроен сложнее. Сливная труба стыкуется с выходом сантехники, место соединения перекрыто фильтрующей решеткой. На ней задерживаются волосы и другой мусор. Трубное колено соединяется с дополнительной трубой, расположенной с незначительным уклоном. Она стыкуется со сточным отверстием. Подобный вид гидрозатвора надежно защищает от протечек, его можно регулировать и несложно установить даже в узком проеме.
Гофросифон
Гофросифон. Прочный, пластичный, удобен для маленьких санузлов. Благодаря гибкости гофротрубы такое устройство можно установить в проем любой конфигурации, где другие сифоны просто не поместятся. Гофрированную деталь можно поворачивать и изгибать под любым углом – даже пластиковые сифоны не обладают таким качеством, не говоря о металлических. Недостаток в том, что на ребристых стенках быстро оседает мусор, это приводит к засору системы. Если долго не очищать гофросифон, он становится менее прочным из-за грязи, которая много весит. Устройство потеряет прочность и эластичность, может треснуть.
С переливом. В конструкцию включена дополнительная труба, создающая перелив. Благодаря этому сантехническое помещение защищено от затопления, если забьется слив или канализационный трубопровод не справится с потоком воды. Чаще используется для ванн.
Сухой. Устанавливают в тех помещениях, которыми пользуются время от времени, к примеру, в дачных санузлах или в банях. Конструкция подобного устройства не требует постоянного наличия жидкости внутри. Оптимально совмещать такой прибор с коленным или бутылочным затвором.
Самостоятельное изготовление сифона
Простые пластиковые сифоны стоят недорого. Средняя цена канализационного гидравлического бутылочного затвора с гофрированным выпуском и нержавеющей сеткой 90–100 рублей. Сложные конструкции или устройства, выполненные из металла, стоят дороже. Их цена стартует от 2000 рублей.
Если нет возможности купить подходящий сифон или хочется сэкономить, можно создать гидрозатвор для канализации из подручных средств своими руками. Для этого потребуется патрубок и муфта из пластика, нож, отвертка и разводной ключ. Действия по изготовлению гидрозатвора несложны:
- Патрубок сгибают в форме подковы.
- Соединяют с муфтой высотой 60 мм.
- Пристыковывают к сливной воронке или приваривают к отверстию канализационной трубы.
Своими руками можно сделать и сухой затвор. Используйте обычный теннисный мяч. Его необходимо положить так, чтобы он закрывал вход в патрубок канализации. Когда пойдет вода, он всплывет и обеспечит ее проходимость.
Правила установки
Схема слива раковины
Установка затворов – не самый сложный процесс. Проще всего подключить бутылочный сифон под мойкой на кухне. В санузле или ванной – чуть сложнее. Но тоже не составит особого труда для человека, владеющего основными навыками работы с инструментом.
Инструкция по установке нового сифона взамен старого:
- Перекройте воду и подложите под устройство тазик или половую тряпку.
- Открутите крепежи, фиксирующие затвор. Если они прикипели, просто расколите устройство и аккуратно выньте его из системы.
- Снимите устройство и заткните трубное отверстие рулоном из ветоши, чтобы из него не выходил запах.
- Очистите стыковочные участки.
- Установите защитную решетку на слив. Для этого используют уплотнитель, идущий в комплекте с затвором либо силикон.
- Скрепите соединительный патрубок с решеткой длинным винтом.
- Наденьте на патрубок накидную гайку, конусную прокладку, а затем – гидрозатвор, проведите регулировку по высоте.
- Состыкуйте выходную трубу с отверстием канализации.
Протестируйте качество соединения стыков: пропустите воду и проверьте, не образовались ли капли или струйки на поверхности.
Стыковать затвор с выходной трубой необходимо тщательно, чтобы обеспечить герметичность. Иначе не избежать протечек.
Сечение гидрозатвора меньше, чем отверстия выхода канализации, поэтому на него насаживают кольцо из резины либо пластика толщиной примерно 15 мм. Внешний диаметр его должен точно совпадать с сечением раструба, а внутренний – с размерами отводной трубы затвора.
Возможные неисправности и ошибки при монтаже
Причиной канализационного запаха и плохой работы затвора может быть отсутствие воды в колене. Это случается, если она просто испарилась по причине долгого неиспользования сантехники. Иногда проблемы возникают из-за ошибок при установке устройства:
- неправильно подобранные трубы;
- сбои в уклоне горизонтальных линий;
- разгерметизация сливных труб вследствие неправильного соединения.
Если причина не в этом,возможно, гидрозатвор засорился. Его необходимо разобрать и тщательно промыть.
Если гидравлический затвор подобран правильно, в жилое помещение не проникают неприятные запахи, канализация долго обходится без ремонта.
Источник