v2.0.9792.42761
Fizyka dla każdego
Właściwości materii i płyny · 1 min czytania

Opory hydrauliczne — zadanie: zamknięcie jednej gałęzi i dwa rodzaje źródła

Opublikowano: 25.10.2026
Wyślij link e-mailem Własna poczta Komentarze: 0

Równoległe, liniowe gałęzie mają R₁ = 4,0·10⁹ i R₂ = 12,0·10⁹ Pa·s/m³. Łączą te same dwa węzły o ciśnieniach bezwzględnych 107 kPa i 101 kPa, na jednakowej wysokości. Prędkości węzłów i straty połączeń pomijamy. Przyjmij ustalony przepływ nieściśliwy oraz ważność podanych liniowych oporów w całym rozważanym zakresie.

a) Wyznacz natężenia w gałęziach, całkowite Q i opór zastępczy. b) Zamknięto gałąź R₁. Co stanie się z przepływem, jeżeli źródło nadal utrzymuje tę samą różnicę ciśnień? c) Jakiej różnicy ciśnień wymagałoby zamiast tego utrzymanie pierwotnego całkowitego Q przez samą gałąź R₂? Porównaj moc rozpraszaną w tych trzech stanach.

Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
Wskazówka

Równoległe gałęzie mają wspólne Δp = 6 kPa. Po zamknięciu jednej gałęzi nie zmienił się opór drugiej. Zmiana źródła ze stałego ciśnienia na stały przepływ zmienia warunek zadania.

Rozwiązanie

1. Dwie otwarte gałęzie

Wspólny spadek wynosi 107 − 101 = 6 kPa = 6000 Pa. Dzielimy go przez każdy opór:

Q_1=\frac{6000}{4\cdot10^9}\ \mathrm{m^3/s}=1{,}5\cdot10^{-6}\ \mathrm{m^3/s}=1{,}5\ \mathrm{ml/s},\qquad Q_2=\frac{6000}{12\cdot10^9}\ \mathrm{m^3/s}=0{,}50\cdot10^{-6}\ \mathrm{m^3/s}=0{,}50\ \mathrm{ml/s}.

W równaniach przejście z m³/s na ml/s wykorzystuje czynnik 10⁶. Suma to 2,0 ml/s. Opór zastępczy Rrown = Δp/Q = 3,0·10⁹ Pa·s/m³ jest mniejszy od 4,0·10⁹, zgodnie z regułą połączenia równoległego.

2. Zamknięcie R₁ przy zachowaniu Δp

Przez zamkniętą gałąź nic nie płynie. Otwarta R₂ ma nadal to samo 6 kPa na końcach, więc nadal przewodzi 0,50 ml/s. Całkowity przepływ spadł do jednej czwartej poprzedniego, ale przepływ samej niezmienionej gałęzi R₂ nie zmalał. W tym wariancie źródło idealnie utrzymuje ciśnienia bezpośrednio w węzłach.

3. Zamknięcie R₁ przy zachowaniu całkowitego Q

Aby wymusić całe pierwotne 2,0 ml/s przez R₂, potrzebujemy:

\Delta p_{\mathrm{nowe}}=12\cdot10^9\cdot2{,}0\cdot10^{-6}=24000\ \mathrm{Pa}=24\ \mathrm{kPa}.

To czterokrotność poprzedniego spadku. Źródło może utrzymać Q tylko wtedy, gdy jest w stanie zapewnić taki warunek. Przy zachowaniu wyjściowego 101 kPa ciśnienie wejściowe musiałoby wynosić 125 kPa.

4. Bilans mocy rozróżnia warianty

Początkowo P = 6000·2,0·10⁻⁶ = 0,012 W, czyli 12 mW. Po zamknięciu przy stałym Δp moc wynosi 6000·0,50·10⁻⁶ W = 0,0030 W = 3,0 mW. Przy stałym całkowitym Q wynosi 24000·2,0·10⁻⁶ W = 0,048 W = 48 mW.

Nie można zachować jednocześnie pierwotnego przepływu i pierwotnej różnicy ciśnień po usunięciu tej samej gałęzi z liniowej sieci. Rozbieżne odpowiedzi wynikają tutaj z różnych, jawnie określonych warunków źródła, a nie z błędu zasady zachowania cieczy.

Powiązana teoria

Opory hydrauliczne: rozgałęzienia, ciśnienie zasilania i energia

Dalsza lektura

Materiał referencyjny

Ta sama sieć, inne źródło

Najpierw przewiduj: Zamknij drugą gałąź raz przy zadanym ciśnieniu źródła, a raz przy zadanym całkowitym przepływie. Co stanie się z przepływem w pierwszej gałęzi?

Zmieniaj jedną wielkość i porównuj wyniki

Rozgałęziona sieć oporów hydraulicznych z oporem zasilania.
Rozgałęziona sieć oporów hydraulicznych z oporem zasilania. Wybierz rysunek, aby otworzyć go w pełnym rozmiarze.

Przy ciśnieniu źródła 1000 Pa, R₀ = 10⁸ i R₁ = R₂ = 2·10⁸ Pa·s/m³: ciśnienie w rozgałęzieniu wynosi 500 Pa, a każdą gałęzią płynie 2,5 ml/s. Łącznie 5 ml/s.

Co oblicza model i gdzie kończą się jego założenia?

Obie gałęzie mają wspólną różnicę ciśnień p, a przepływy wynoszą Q₁ = p/R₁ i Q₂ = p/R₂. W części wspólnej Q = Q₁ + Q₂. Źródło ciśnienia musi pokonać dodatkowo spadek R₀Q. Po zamknięciu drugiej gałęzi przyjmujemy Q₂ = 0, a nie R₂ = 0.

Źródło stałego przepływu dostosowuje swoje ciśnienie do oporu sieci. Źródło stałego ciśnienia tego nie robi. Porównaj oba przypadki również przy R₀ = 0. Bilans mocy powinien spełniać pźrQ = R₀Q² + R₁Q₁² + R₂Q₂² (ostatni składnik pomijamy przy zamkniętej gałęzi).

To liniowe, idealizowane opory hydrauliczne: ciecz nie gromadzi się w węźle, nie ma przecieków ani podatności przewodów. Bez geometrii elementów nie można tu wyliczyć liczby Reynoldsa i potwierdzić ich liniowości.

Najpierw spróbuj samodzielnie. Zapisz dane, wybierz prawa fizyczne i sprawdź jednostki. Przejdź do zadań ze sprawdzaniem odpowiedzi »

Ostatnie materiały autora

Wszystkie materiały autora »

Komentarze (0)

Nie ma jeszcze opublikowanych komentarzy. Rozpocznij rozmowę o tym materiale.

Dodaj komentarz

Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto

Emotikony

Zaznacz tekst i wybierz formatowanie lub użyj Ctrl/Cmd+B, I, U w polu komentarza. Znaczniki HTML nie są wykonywane.

Wybór wszystkich komentarzy obejmuje odpowiedzi. Powiadomienia wymagają potwierdzenia adresu; zrezygnujesz z nich przez link w wiadomości.

← Wróć do działu: Zadania Do góry ↑
Nie znalazłeś szukanego materiału? Napisz do nas — pomóż nam rozwijać Fizykę dla każdego.