סיפון והתקדמות נוזלים בצינורות

28/02/2014
שם התלמיד: 
גיל לנדרר

העבודה עוסקת במערכת הסיפון ובהתקדמות נוזלים בצינורות. החלק הראשון בעבודה עוסק בתנועת נוזל אידיאלי (ללא צמיגות וללא בועות אוויר) במערכת הסיפון וביצירת מודל מתמטי לתנועת הנוזל בסיפון. חלקה השני של העבודה עוסק בחקירת תנועתו של נוזל ריאלי (צמיג) בסיפון. 

הסיפון הוא צינור גמיש, המחבר בין שני מקורות של נוזל הנמצאים בגבהים שונים, לצורך העברת נוזלים. מאחר וצריך לבצע תהליך של זרימת נוזל ממיכל גבוה למיכל נמוך, יש צורך להעלות את הנוזל אל מעל דפנות המיכל הגבוה, כלומר מעל גובה פני המקור הראשון. תהליך זה מתגבר לכאורה, על כוח המשיכה.

מטרות העבודה

         א.         ללמוד על התקדמות נוזלים שונים בצינורות.

         ב.         ללמוד מהו הקשר בין פרמטרים של צינור בסיפון לאפיון של מים (נוזל).

שאלות המחקר

         א.         מהם מאפייני מנגנון פעולת הסיפון (תחילת זרימת המים בצינור) כתלות בהפרשי גובה בין שני צינורות הסיפון?

         ב.         מהו הקשר בין פעולת הסיפון ללחץ האטמוספרי. האם הסיפון יכול לפעול בריק?

          ג.         במה תלויה מהירות יציאת המים מהסיפון? ניתוח תיאורטי של מהירות יציאת נוזל מסיפון במצב אידיאלי. (מצב אידיאלי הוא כאשר החיכוך זניח, ואין הרטבה בין הנוזל לחומר שממנו עשוי הצינור).

         ד.         מציאת הקשר בין מהירות יציאת הנוזל מצינור הסיפון לבין צמיגותו של הנוזל. 

         ה.         חקירת הקשר בין פעולת הסיפון לבין מקדם מתח הפנים של הנוזל ובירור השפעתו של תהליך ההרטבה או אי ההרטבה בין הנוזל לצינור.

          ו.          מהו גבול פעולת הסיפון?  עד מתי יכולה מערכת הסיפון לפעול? האם רתיחת הנוזל בסיפון תגרום לניתוק זרימת הנוזל? 

שאלה נוספת היא יצירת מודל של מערכת הסיפון ופעולתה עבור נוזל אידיאלי.

   

מסקנות

·         פעולת הסיפון תלויה בהפרש לחצים בין כניסה ליציאה. הפרשי הלחצים נגרמים על ידי הפרשי הגבהים.

·         תנועת נוזל אידיאלי דרך סיפון אנלוגית לתנועת חבל דרך גלגלת.

·         לחץ אטמוספרי לא משפיע על פעולת הסיפון של נוזל אידיאלי. לעומתו זאת, לחץ אטמוספרי אכן משפיע על פעולת הסיפון כאשר זורם בו נוזל ריאלי עקב בועות האוויר הנמצאות בו.

·         גילינו כי סיפון אינו יכולה לעבוד בריק, כיוון שבריק יש לחץ נמוך מאוד היוצר בועות אוויר.

·         בועות האוויר יוצרות נתק בזרימה. קיים גבול לפעולת הסיפון.

·         ממחקר זה ניתן ללמוד כי זמן העברת נוזל דרך סיפון תלוי בצמיגותו של הנוזל.

·         ישנו קשר ישר בין זמן העברה לצמיגות. לכן, בעקבות קשר ישר זה, אפשר למדוד צמיגויות של נוזלים שונים בעזרת סיפון. 

גיל: