能否用伯努利原理解释虹吸现象？

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• 摇滚喵喵

  　　可以用伯努利原理解释虹吸现象。

  　　虹吸(siphon)是一种流体力学现象，可以不借助泵而抽吸液体。处于较高位置的液体充满一根倒U形的管状结构（称为虹吸管）之后，开口于更低的位置。这种结构下，管子两端的液体压强差能够推动液体越过最高点，向另一端排放，主要是由万有引力让虹吸管作用。

  　　伯努利原理即伯努利方程。是理想流体定常流动的动力学方程，意为流体在忽略粘性损失的流动中，流线上任意两点的压力势能、动能与位势能之和保持不变。这个理论开始时被称为伯努利原理。后将重力场中欧拉方程在定常流动时沿流线的积分称为伯努利积分，将重力场中无粘性流体定常绝热流动的能量方程称为伯努利定理。这些统称为伯努利方程，是流体动力学基本方程之一。
  

  　　伯努利方程的定义及摘要： 流体在忽略粘性损失的流动中，流线上任意两点的压力势能、动能与位势能之和保持不变。即：

  　　伯努利方程的实质是能量守恒定律在理想流体定常流动中的表现。

  　　很长一个时期中，对于虹吸现象是用大气压力差来解释的。直到2010年5月澳洲昆士兰科技休斯博士（Dr Stephen Hughes）指出虹吸现象：“是由重力让虹吸管内的液体由上端往下端流动，借由较长且朝下的那一端，将较短上端那一边的水往上引出再流到下端。”这一论点实际上就是用伯努利方程来解释虹吸现象，并得到学术界的认同。
  

  　　在忽略水流阻力和管路分布状态，即理想情况下。设水源水面到虹吸管出口的高差为H,列水源水面到虹吸管出口的伯努利方程得：

  　　H1=V^2/（2g） , 得虹吸流速：V=（2gH1）^（1/2）
  

  　　虹吸流量：Q=（3.14D^2/4）（2gH1）^（1/2） D为虹吸管内径。
  

  　　设最高点压强为P,虹吸管最高点到出口的高差为H2,列最高点到出口的伯努利方程得：
  

  　　H2+P/（pg）+V^2/（2g）=V^2/（2g）
  

  　　得：P = -pgH2 （相对压强，即不包括大气压，相对压强为负值，即绝对压强小于大气压，就是处于一定的真空状态，理论上最大真空值不能超过10米水柱，即H2<10米水柱）
  

  　　也可列容器液面到最高点的伯努利方程：
  

  　　0=H3+P/（pg）+V^2/（2g）
  

  　　P=-pg[H3+V^2/（2g）]=-pg[H3+H1] = -pgH2 （与上面相同）
  

  
  
  

  浏览 334赞 138时间 2022-05-31