Слить воду из сосуда

Закон Торричелли

Итальянский ученый Эванджелиста Торричелли, изучавший движение жидкостей,
в (1643) году экспериментально обнаружил, что скорость вытекания жидкости через малое отверстие на дне открытого сосуда (рисунок (1)) описывается формулой:

[v = sqrt {2gh} ,]

где (h) − высота уровня жидкости над отверстием, (g) − гравитационная постоянная.


Рис.1	Рис.2

Такая же формула описывает скорость тела, свободного падающего с высоты (h) в поле тяжести Земли в вакууме.

В действительности, найденная формула не совсем точна. В более точном приближении скорость жидкости зависит от формы и размера отверстия, от вязкости жидкости и режима течения. Поэтому,
формула Торричелли часто записывается с дополнительным множителем (varphi:)

[v = varphisqrt {2gh} ,]

где коэффициент (varphi) близок к (1.) Значения параметра (varphi) для отверстий различной формы и размера можно найти в гидравлических справочниках.

Вытекание жидкости из тонкой трубки

Вытекание жидкости из тонкой длинной трубки (рисунок (2)) имеет ряд особенностей. Здесь важную роль играют капиллярные эффекты, обусловленные
поверхностным натяжением и смачиванием вследствие контакта со стенками трубки.

Скорость вытекания жидкости из капиллярных трубок приблизительно пропорциональна высоте столба жидкости над отверстием, то есть

[v = kh,]

где (k) − некоторая константа, зависящая от вязкости жидкости, геометрии и материала трубки.

Далее мы будем описывать вытекание жидкости с помощью дифференциальных уравнений из сосудов обоих типов (широкого и тонкого).

Дифференциальное уравнение вытекания жидкости

Данное дифференциальное уравнение можно вывести, рассматривая баланс жидкости в сосуде. Возьмем, например, цилиндрический сосуд с широким основанием, радиус
которого равен (R.) Предположим, что жидкость вытекает через малое отверстие радиуса (a) на дне сосуда (рисунок (3)).


Рис.3	Рис.4

Скорость жидкости описывается формулой Торричелли:

[v = sqrt {2gz} ,]

где (z) − высота жидкости над отверстием. Тогда поток жидкости определяется выражением:

[q = – pi {a^2}sqrt {2gz} .]

Здесь (pi {a^2}) соответствует площади отверстия, через которое вытекает жидкость, а знак “минус” означает,
что уровень жидкости уменьшается по мере ее вытекания из резервуара.

Уравнение баланса жидкости в резервуаре описывается следующим образом:

[frac{{dV}}{{dt}} = q.]

Поскольку изменение объема (dV) можно выразить как

[dV = Sleft( z right)dz,]

то мы получаем дифференциальное уравнение

[frac{{Sleft( z right)dz}}{{dt}} = qleft( z right).]

Подставим функцию (qleft( z right)) в это уравнение:

[frac{{Sleft( z right)dz}}{{dt}} = – pi {a^2}sqrt {2gz} .]

Поперечное сечение ({Sleft( z right)}) цилиндрического сосуда не зависит от высоты (z) и равно

[Sleft( z right) = pi {R^2},]

где (R) − радиус основания цилиндра. Тогда

[require{cancel}
cancel{pi} {R^2}frac{{dz}}{{dt}} = – cancel{pi} {a^2}sqrt {2gz} .
]

В результате получаем уравнение с разделяющимися переменными:

[frac{{dz}}{{sqrt z }} = – frac{{{a^2}}}{{{R^2}}}sqrt {2g} dt.]

Теперь проинтегрируем полученное уравнение, считая, что начальный уровень жидкости составляет (H,) и за время (T) он уменьшается до (0:)

[
{intlimits_H^0 {frac{{dz}}{{sqrt z }}} = – intlimits_0^T {frac{{{a^2}}}{{{R^2}}}sqrt {2g} dt} ,};;
{Rightarrow 2left[ {left. {left( {sqrt z } right)} right|_H^0} right] = – frac{{{a^2}}}{{{R^2}}}sqrt {2g} left[ {left. {left( t right)} right|_0^T} right],};;
{Rightarrow 2sqrt H = frac{{{a^2}}}{{{R^2}}}sqrt {2g} T,};;
{Rightarrow sqrt {2H} = frac{{{a^2}}}{{{R^2}}}sqrt g T.}
]

Отсюда следует выражение для полного времени вытекания жидкости (T:)

[T = frac{{{R^2}}}{{{a^2}}}sqrt {frac{{2H}}{g}} .]

Интересно, что в предельном случае (a = R) (когда площади отверстия и самого цилиндра равны), полученная
формула преобразуется в известную формулу (T = sqrt {largefrac{{2H}}{g}normalsize}, )
которая определяет время падения материального тела с высоты (H.) Зависимость времени (T) от высоты (H) схематически показана на рисунке (4.)

Аналогично можно описать вытекание жидкости и из сосуда другой формы.

Вывести дифференциальное уравнение вытекания жидкости из конического сосуда и определить полное время вытекания (T.)
Радиус верхнего основания конического сосуда равен (R,) а радиус нижнего основания (a.) Начальная уровень жидкости составляет (H) (рисунок (5)).


Рис.5	Рис.6

Изменение уровня жидкости на высоте (z) описывается дифференциальным уравнением

[Sleft( z right)frac{{dz}}{{dt}} = qleft( z right),]

где (Sleft( z right)) − площадь поперечного сечения сосуда на высоте (z,) а (qleft( z right)) − поток жидкости, зависящий от высоты (z.)

Принимая во внимание геометрию сосуда, можно предположить, что закон Торричелли выполняется. Поэтому, можно записать:

[qleft( z right) = – pi {a^2}sqrt {2gz} ,]

где (a) − радиус отверстия на дне конического сосуда. Учитывая, что отверстие достаточно малое, осевое сечение можно рассматривать как треугольник
(рисунок (6) выше). Из подобия треугольников следует, что

[frac{R}{H} = frac{r}{z}.]

Следовательно, площадь поверхности жидкости на высоте (z) будет равна

[
{Sleft( z right) = pi {r^2} }
= {pi {left( {frac{{Rz}}{H}} right)^2} }
= {frac{{pi {R^2}{z^2}}}{{{H^2}}}.}
]

Подставляя (Sleft( z right)) и (qleft( z right)) в дифференциальное уравнение, имеем:

[frac{{pi {R^2}{z^2}}}{{{H^2}}}frac{{dz}}{{dt}} = – pi {a^2}sqrt {2gz} .]

После простых преобразований получаем следующее дифференциальное уравнение:

[{z^{largefrac{3}{2}normalsize}}dz = – frac{{{a^2}{H^2}}}{{{R^2}}}sqrt {2g} dt.]

Проинтегрируем обе части, учитывая, что уровень жидкости уменьшается от начального значения (H) до нуля за время (T:)

[
{intlimits_H^0 {{z^{largefrac{3}{2}normalsize}}dz} = – intlimits_0^T {frac{{{a^2}{H^2}}}{{{R^2}}}sqrt {2g} dt} ,};;
{Rightarrow left. {left( {frac{{{z^{largefrac{5}{2}normalsize}}}}{{frac{5}{2}}}} right)} right|_0^H = frac{{{a^2}{H^2}}}{{{R^2}}}sqrt {2g} left[ {left. {left( t right)} right|_0^T} right],};;
{Rightarrow frac{2}{5}{H^{largefrac{5}{2}normalsize}} = frac{{{a^2}{H^2}}}{{{R^2}}}sqrt {2g} T,};;
{Rightarrow frac{1}{5}sqrt {frac{{2H}}{g}} = frac{{{a^2}}}{{{R^2}}}T,};;
{Rightarrow T = frac{{{R^2}}}{{5{a^2}}}sqrt {frac{{2H}}{g}} .}
]

Здесь мы снова видим аналогию с падением материального тела с высоты (H) в гравитационном поле Земли. Как известно,
время падения описывается формулой:

[T = sqrt {frac{{2H}}{g}}. ]

Если мы сравним этот результат со случаем вытекания жидкости из цилиндрического сосуда, то видно, что при тех же самых
значениях (H, R) и (a) время вытекания жидкости из конического сосуда ровно в (5) раз меньше, чем из цилиндра (хотя
объем конического сосуда меньше лишь в (3) раза!). Такие целочисленные отношения в природе выглядят удивительными, не правда ли?

Исследовать вытекание жидкости из тонкой трубки радиусом (R) и высотой (H,) считая трубку полностью заполненной жидкостью.


Рис.7	Рис.8

Аналогично разобранным выше примерам, мы можем записать уравнение баланса жидкости на некоторой произвольной высоте (z) в следующей форме:

[Sleft( z right)frac{{dz}}{{dt}} = qleft( z right).]

В данном случае площадь поперечного сечения (Sleft( z right)) является константой:

[Sleft( z right) = S = pi {R^2},]

и поток жидкости, вытекающей из сосуда, определяется формулой:

[qleft( z right) = – kz,]

где (k) зависит от размера отверстия, смачиваемости и других параметров.

В результате получаем простое дифференциальное уравнение:

[pi {R^2}frac{{dz}}{{dt}} = – kz,]

или после разделения переменных:

[frac{{dz}}{z} = – frac{k}{{pi {R^2}}}dt.]

Теперь это уравнение можно проинтегрировать, считая, что уровень жидкости уменьшается с высоты (H) до (h) за время от (0) до (t:)

[
{intlimits_H^h {frac{{dz}}{z}} = – intlimits_0^t {frac{k}{{pi {R^2}}}dt} ,};;
{Rightarrow left. {left( {ln z} right)} right|_h^H = frac{k}{{pi {R^2}}}t,};;
{Rightarrow t = frac{{pi {R^2}}}{k}left( {ln H – ln h} right) = frac{{pi {R^2}}}{k}ln frac{H}{h}.}
]

Зависимость времени (t) от отношения (largefrac{H}{h}normalsize) показана схематически на рисунке (8.)
Данная кривая аналогична зависимости времени (T) от высоты (H) для широкого цилиндрического сосуда, для которого справедлив закон Торричелли.
Интересно, что в данной простой модели время вытекания жидкости (t) формально стремится к бесконечности при (h to 0.)

Источник

Плюсы и минусы такого слива

К достоинствам слива через трубку следует отнести:

можно удалять воду из определенных участков аквариума, делать забор из донных участков, или только сверху;
появляется возможность слить определенное количество воды с большой точностью;
во время процедуры со дна не поднимается муть;
весь процесс проходит чисто, без брызг или луж на полу.

Недостатками процедуры принято считать:

если производится налив воды в ведро, его придется носить в руках до места слива, что требует физических усилий;
на слив через шланг уходит больше времени, чем при вычерпывании;
если слив производится через длинный шланг прямо в канализацию, заполнить его водой для начала перелива весьма непросто.

В каких случаях подойдет «шланговый» метод?

Используя метод слива воды через шланг, мы опираемся на физическом явлении сообщающихся сосудов. Размеры этих емкостей никакого значения не имеют.

Поэтому, ограничений или каких-либо требований к величине аквариума не существует. Можно сливать воду с небольших емкостей, или с крупных объемных резервуаров.

Есть аквариумы с крышкой, которые встроены в мебельную стенку или другие элементы интерьера. Для них «шланговый» метод зачастую становится единственным способом слива воды.

Какой именно инструмент необходим для слива?

Слить воду из сосуда Для слива воды нужен гибкий и эластичный шланг, диаметр которого не слишком велик.

Его стенки не должны быть слишком толстыми и жесткими, а сечение должно обеспечивать достаточно быстрый отвод воды, иначе процедура будет занимать слишком много времени.

Оптимальный вариант — резиновый шланг с достаточно тонкими стенками, чтобы их можно было в любой момент пережать пальцами для прекращения потока. Как вариант, можно вставить в разрыв небольшой пластиковый кран для прекращения и повторного запуска процедуры слива.

Пошаговая инструкция — как правильно вылить H2O из домика для рыб

Замена воды производится достаточно часто — для небольших аквариумов (до 100 л) — еженедельно, для более крупных емкостей она нужна минимум раз в месяц.

Поэтому, владельцам рыбок надо обзавестись нужными приспособлениями, чтобы облегчить себе задачу. Рассмотрим порядок действий при сливе воды.

Инструменты и принадлежности

Перед началом процедуры необходимо приготовить все необходимые инструменты или принадлежности.

Среди них должны быть:

резиновый (или полимерный) шланг нужной длины и диаметра;
емкость (ведро, бак, другой резервуар), куда будет сливаться вода;
тряпка для уборки случайно пролитой воды;
медицинский шприц или резиновая груша для создания первичного разрежения в шланге.

Если планируется слив воды прямо в канализацию с помощью длинного шланга, ведро и приспособления для откачки (шприц или груша) не понадобятся. Однако, этот вариант используется редко, так как запустить процесс слива в этом случае гораздо сложнее.

Как слить полностью?

Слить воду из сосуда Слив воды производится путем заполнения внутренней полости шланга водой.

Обычно один конец погружают вовнутрь, а второй держат наготове над ведром.

Шприц (без иглы) прижимают к выходному отверстию, резким движением вынимают его поршень, создавая сильное разрежение, высасывающее воду.

Затем шланг сразу опускают в ведро, и вода начинает выливаться. Основное условие — приемная емкость (ведро) должна быть расположена ниже, чем аквариум.

Есть и другой способ запустить процесс. Можно погрузить трубку в сосуд и выпустить из него воздух. Затем пальцем заткнуть один конец и погрузить его в ведро, удерживая другой конец шланга в аквариуме. Вода начнет выходить из него.

Слив производится до тех пор, пока конец шланга погружен в воду. Когда ее уровень понизится, и в трубку попадет воздух, течь прекратится.

Частичная замена

Частичная замена воды производится тем же способом, что и полная. Единственным отличием станет прекращение слива по достижении заданного уровня воды в аквариуме.

Когда понадобится остановить течь, достаточно заткнуть пальцем выходное отверстие трубки и поднять его вверх, чтобы конец оказался выше уровня аквариума.

Заключение

Использование шланга для слива воды из аквариума позволяет аккуратно и чисто удалить излишки или весь объем. Основным преимуществом этого способа является возможность выполнить работу без подъема мути, слить воду из определенных слоев.

Процедура не представляет никакой сложности и требует минимального количества принадлежностей. Таким способом можно удалить воду из любого аквариума, самого маленького или большого, на несколько сотен литров.

А какова Ваша оценка данной статье?

Источник

В загородном доме, где проживают только с весны до осени, перед отъездом проводят консервацию водопровода. Если знать, как слить воду из труб на даче на зиму, правильно провести эту работу, неприятных последствий в виде размороженной системы и сантехнического оборудования не будет.

Водоснабжение труб загородного дома.

Консервация системы водоснабжения летней дачи

Морозы могут разрушить насосное оборудование, трубы, бытовые приборы, если оставить в них жидкость на зиму, когда система не утепленная, а дачный дом не обогревается. Поэтому воду удаляют отовсюду, где она может замерзнуть. Это удобно делать, если при сооружении водопровода продумана система слива жидкости.

Для этого устанавливают запорно-регулирующую арматуру:

На трубе подачи воды в дом перед обратным клапаном – тройник с краном.
На внутренней разводке в нижних точках – вентили для слива.
Если трубы под половым покрытием, установить переходники для компрессора, чтобы продуть систему.
На трубе, ведущей к бойлеру, перед обратным клапаном – тройник с краном. Такая же арматура монтируется на отводящем шланге.
Не используют однорычажные смесители, которые разрываются при морозе, если в них осталось хоть немного жидкости. Устанавливают керамические краны с резиновыми прокладками.

Такие предварительные работы, учтенные при проектировании водопровода, облегчают слив воды на зиму.

Слив воды из домашнего водопровода

Чтобы слить воду из ведущего в дом трубопровода, открывают кран, который находится перед обратным клапаном. Слышно журчание жидкости и шум от выходящих пузырьков воздуха. Если специального вентиля нет, рассоединяют трубы в самом низу и сливают воду.

Переходят к водонагревателю, который предварительно охлаждают. Если отсутствуют сливные краны, откручивают предохранительный клапан, подсоединяют отрезок шланга. На выходной трубе отпускают гайку – из бойлера подсасывается воздух, вода сливается через подсоединенный шланг. Если жидкость горячая, в септик не сливают – от кипятка погибнут бактерии. Длинный шланг выводят на улицу, производят сброс.

В стиральной машине остается немного воды. Она находится в шланге, который идет от бака к насосу. Его сжимают и, пользуясь как грушей, удаляют остатки, которые уходят в сливной шланг. Переворачивают машину, установив на крышу. Это позволит избавиться от жидкости, которая осталась в агрегате. В таком положении его оставляют зимовать.

Сливают воду из душа. Сначала откручивают лейку. Открывают поочередно краны. Пользуются компрессором, подключенным к шлагу, воздушным насосом или выдувают воздух из легких. Положение вентилей меняют, чтобы слилась жидкость из подводящих шлангов для холодной и горячей воды.

Приступают к унитазу. Сливают воду из смывного бачка. Дочиста откачивают гидрозатвор, пользуясь насосом, шприцем, опрыскивателем. Если из септика просачиваются запахи, заливают незамерзающую автомобильную жидкость, насыщенный солевой раствор. Весной удаляют, не смывая в септик – губительно для микрофлоры.

Схема водопровода на даче.

Раскручивают все сифоны, освобождают от остатков жидкости в стаканах. Снимают фильтры, выливают воду. Не забывают о трапе, если он используется в душевой кабине для оттока воды.

Осталась насосная станция, которую предварительно отключили от сети. Откручивают заглушку, вода выливается в подготовленную посуду. Желательно продуть сжатым воздухом, чтобы остатки жидкости ушли из гидробака. Если в нем остается вода, при замерзании повреждается резиновая мембрана.

Если трубы внутренней разводки расположены строго горизонтально, самотеком вода из них полностью не уйдет. Необходима продувка компрессором.

Консервация уличного водопровода

На даче часто пользуются летним водопроводом для полива, уличного душа, мойки машины. Уложенные на поверхности трубы страдают от мороза в первую очередь. Если перед обратным клапаном есть сливной кран, его открывают. Тогда помпу можно оставить в источнике на зиму – она не замерзнет. Когда сливного вентиля нет, вытаскивают насос, отсоединяют от водоподающего шланга. Когда сливают воду из системы, все водоразборные краны открывают.

Опорожняют накопительный бак, емкость для летнего душа. С него снимают лейку, открывают кран, удаляют остатки жидкости.

Чтобы слив был эффективным, трубы должны располагаться с уклоном. Тогда вода не задержится в каком-то месте. Даже ее небольшое количество при замерзании способно нарушить герметичность. Если требуемого уклона нет, подключают компрессор и продувают трубы сжатым воздухом. Такая операция не помешает, даже если на магистрали в конечной точке установлен сливной кран.

Консервация уличного водопровода.

Шланги летнего водопровода сматывают, освобождая от воды, убирают на зимнее хранение. Вкопанные неглубоко в землю трубы продувают. Фитинги, выходящие на поверхность, снимают, просушивают, сохраняют в помещении до весны. Если водоразборные вентили не снимают, то оставляют открытыми. Особенно страдают от морозов шаровые краны. На зиму на улице их оставляют полуоткрытыми.

Пластиковые трубопроводы не так боятся замерзания, как стальные, но в них страдают резьбовые фитинги. Поэтому лучше использовать сварные соединения. Не разрушаются от замерзания полипропиленовые трубы. Их используют, если нет возможности продуть водопровод компрессором для консервации.

Консервация скважины на зиму

Консервацию скважины, которой не будут пользоваться зимой, начинают до наступления морозов. Удобно проводить операции, если обратный клапан вмонтирован в доступном месте сразу после насоса. Некоторые модели погружных помп снабжаются встроенным клапаном.

Консервация летнего варианта скважины проводится в такой последовательности:

Отключают электропитание.
Открывают водоразборный вентиль.
Ожидают падения давления в системе. Когда оно достигнет 0,5 атм, открывается автоматический клапан. Его монтируют ниже уровня промерзания почвы на подающем шланге.
Откручивают и снимают блок управления.

Если скважина оборудована адаптером, гидробак с автоматикой находятся в доме. Трубы расположены ниже точки промерзания.

Чтобы законсервировать скважину, насос отключают от электричества, открывают в доме водоразборный кран. Когда в системе падает давление, срабатывает клапан. Вода из трубопровода, ведущего в дом, сливается в скважину.

Если скважина оборудована кессоном, гидроаккумулирующий бак и автоматика располагаются преимущественно в нем.

Консервация выполняется в несколько приемов:

От насоса отключают электричество. Открывают запорный вентиль на трубопроводе в дом.
Опускаются в кессон. Открывают все краны, кроме того, что на стояке для подключения полива участка.
Дожидаются, когда вода сольется в скважину. Открывают поливочный кран, сливают остатки жидкости.

Насос из скважины поднимать необязательно. Температура в ней плюсовая, вода не замерзает. Вынимают оборудование и отправляют на хранение, когда опасаются воров.

Консервация колодца на зиму

Для подготовки дачи к зиме насос из колодца требуется убрать, систему освободить от воды. Если оставить помпу на зиму, она может замерзнуть или ее украдут.

Подготовка колодца к зиме заключается в утеплении. Если в нем замерзает вода, шахта повреждается. При плохой гидроизоляции между стыками железобетонных колец образуется ледяная пробка. Ствол в этом случае перекашивается, потребуется ремонт.

Вероятность замерзания колодца зависит от его глубины – чем ниже уровень воды, тем меньше такая возможность. Если сооружение в низине, где водоносный пласт в 1-2 м от поверхности, колодец промерзает через стенки ствола. Если он из дерева, то мороз не страшен. Но большинство шахт сейчас железобетонные, риск замерзания больше.

Утепляют прежде всего ствол колодца на входе. Хорошо надстроить оголовок, который также защитит от снега, листьев. Самый теплый материал – деревянный сруб с крышей. Если используют МДФ, тонкие доски, требуется дополнительное утепление термоизоляционными материалами.

На зимний период в ствол можно установить утеплительную крышку. Ее место – ниже промерзания почвы, но выше воды.

Изготовление несложное:

Из фанеры вырезают 2 диска по внутреннему размеру шахты. Нижний покрывают водостойкой краской, оборачивают пленкой, чтобы предохранить от гниения.
Подвешивают диск в стволе на тросах. Сверху укладывают теплоизолятор.
Второй диск опускают, чтобы не доходил до утеплителя на 0,5 м. На нем еще слой теплоизоляционного материала. Между фанерными дисками образуется воздушная прослойка, повышающая качество утепления.

Колодец закрывают крышкой, чтобы не попадал мусор.

Если вода близко к поверхности, она обязательно зимой замерзнет. Утепление входа не принесет желаемого результата – холод проникнет сквозь стенки.

Поступают таким образом:

вокруг шахты на глубину 1 м роют котлован шириной 0,5 м;
оборачивают верхнее кольцо утеплителем;
траншею засыпают слоем щебенки толщиной 0,5 м;
сверху забрасывают землей.

Подготовка колодца к зиме.

Подготовленный к зиме колодец весной сразу готов к эксплуатации. В него опускают насос, подключают к водопроводу и электричеству, начинают пользоваться.

Источник: https://vodasovet.ru/vodoprovod/konservatsiya-vodoprovoda-na-dache

Источник