为什么水管粗细水管压力不一样?
水管系统中,不论管径大小,其整体流量保持恒定,即单位时间内通过管道任何截面的流体体积相同。细管中流体流速较粗管中快,依照伯努利原理,流速快的区域压强较低,因此细管部分的压强小于粗管。
伯努利原理由丹尼尔·伯努利于1 7 2 6 年提出,该原理在水力学发展早期被广泛应用,其核心是流体机械能守恒,即动能、重力势能和压力势能之和为定值。
该原理的显著特点是,在高度不变的情况下,流速越大的地方压强越小。
伯努利原理通常用公式p + 1 /2 ρv² + ρgh = C来表示,此即伯努利方程,其中p代表某点的流体压强,v代表该点的流体速度,ρ是流体密度,g是重力加速度,h表示该点的高度,C为常数。
此方程亦可表述为p₁ + 1 /2 ρv₁² + ρgh₁ = p₂ + 1 /2 ρv₂² + ρgh₂。
应用实例1 :飞机能够飞行,得益于机翼产生的升力。
飞行时,机翼上下表面的气流分布不对称,上表面气流线密集,速度较快,而下表面气流线稀疏,速度较慢。
根据伯努利方程,机翼上表面的压强较小,而下表面压强较大,这种压强差产生向上的升力,使飞机得以升空。
应用实例2 :喷雾器的工作原理基于流速快压强小的特性。
空气通过小孔高速流出,造成小孔附近压强降低,而容器内液面上的空气压强相对较高,液体因此被吸上升至细管,并从管口喷出。
高速空气流的冲击作用使液体形成雾状喷出。
如图所示,打开阀门A、B,让水流经管径粗细不同的透明塑料管,三支小竖管中水柱的高度不同,因为管子越粗
在阀门开启,水流开始流动的情况下,因水量恒定,管径越狭窄,水流速度随之增加。左侧管道上方液位较高,表明该处压力大。
据此推断,管道直径较大区域,水流速度较低,压力则相对较高。
因此,答案为流速“小”,压力“大”。
管径变小压强变大还是变小?
随着压力的增加,管道中的液体整体水头保持恒定,这包括了位置水头、压力水头以及流速水头的总和,假定局部损失忽略不计。在管道直径变化的位置,位置水头的影响可以忽略。
因此,在管径改变前后的压力水头与流速水头的和保持不变。
在流量保持恒定的条件下,流速的变化仅与管径尺寸相关(管径较细时流速较高,反之亦然)。
因此,当管径从细变粗时,流速降低,流速水头相应减小,而压力水头则相对增加。