連通管原理與應用

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連通管基本原理

1.連通管原理指的是，在一般開放的空間中，幾個液體容器的底部都相通的裝置，而若任一容器內注入液體，則當液體靜止時，各容器的液面必在同一水平面。



2.兩 端的大氣壓力一樣，但管內兩端的水受重力作用而各自下墜，下墜瞬間，在圓弧頂部拉出一個真空，因真空而有壓力差，此時兩端的大氣壓 力再次從兩端將兩管的水壓回，但壓回的力量是大氣壓力減去管內的水壓(F=(Patm-PH2O)*A)，而長管內的水比短管內的水還要重，所以壓回的力 量是短管的壓力大於長管的壓力，所 以，虹吸管內的水就會不斷的由短管端流入而由長管端流出。
 


3.如果我們用兩根連通管，所以效率會變成兩倍。




4.如果用兩根連通管，但是其中一個連接抽水馬達，此時一根連通管是抽水，所以另一根把水送回，大氣壓力將兩管的水平衡，所 以，一個馬達可以有兩倍的動力，水就會不斷的循環。


問題1:請比較上連通管與下連通管的差異?
問題2:請問雙連通管時,管徑與高度差的關係?




簡易潮汐開關 (外部連通管)

1.由於水持續進入水箱，水在水箱和潮汐開關內以同樣的速度上升。（潮汐開關內的底部是連通的）。虹吸管是通到外部的。水會持續上升到外部的開口端。

2.一旦水上升到內部的開口端，它變成一個密封空間。由於水繼續上升，在水箱內水位繼續上升，但速度變慢。同時，水箱內水壓漸大。

3.由於水位接近高水位線，壓力在開關內鐘將水位上升到臨界，造成部份水會先進入管道。
(同時會將管道上端部份空氣帶出，因為空氣在管內流動，也是噪音最大的時候)

4.由於水在水箱到達高水位線後，體積空氣被迫壓縮管道，並透過虹吸作用，排出的空氣壓力後，進而開始大量排水。
(一旦開始大量排水，也是聲音最小的時候)
5.水會一直流出，直到水位低到讓潮汐開關吸入空氣。然後，潮汐開關回歸起始位置。
6.由於水持續進入水箱，水在水箱和潮汐開關內以同樣的速度上升。（潮汐開關內的底部是連通的）。虹吸管是通到外部的。水會持續上升到內部的開口端。
可以參考以下的影片

 

簡易鐘型潮汐開關

1.由於水持續進入水箱，水在水箱和潮汐開關內以同樣的速度上升。（潮汐開關內的底部是連通的）。虹吸管是通到外部的。水會持續上升到內部的開口端。

2.一旦水位上升到內部的開口端，直接變成溢流排水。(同時會將鐘型上端部份空氣帶出，因為空氣在管內流動，也是噪音最大的時候)
3.由於水繼續排出，只要進水量大於出水量，必然將內鐘所有空氣排出，這時變成大流量排水，這時為大流量排水，快速將桶內所有水排出。(一旦開始大量排水，也是聲音最小的時候)
4.水會一直流出，直到水位低到讓潮汐開關吸入空氣。然後，潮汐開關回歸起始位置。











網路上有一段實際運作影片可以讓各位參考

壓力型潮汐開關

1.由於水持續進入水箱，水在水箱和潮汐開關內以同樣的速度上升。(潮汐開關內的底部是連通的)。虹吸管是通到外部的。水會持續上升到內部的開口端。





 

2.一旦水上升到內部的開口端，它變成一個密封空間。由於水繼續上升，在水箱內水位繼續上升，但速度變慢。同時，水箱內水壓漸大。

3.由於水位接近高水位線，壓力在開關內鐘將水位上升到臨界，造成部份水會先進入管道。








 

4.由於水在水箱到達高水位線後，體積空氣被迫壓縮管道，並透過虹吸作用，排出的空氣壓力後，進而開始排水。
(一旦開始大量排水，因為有壓縮空氣的幫忙，水流初速會大於非壓力型的潮汐開關，因此排水速度也會更快，這當然有助於將水快速排空。)






 



5.水會一直流出，直到水位低到讓潮汐開關吸入空氣。然後，潮汐開關回歸起始位置。

3A

雙潮汐開關

1. 當一個水缸有兩個壓力型潮汐開關,一開始兩個潮汐開關是相同的情況 (如圖3A)

3

2.當水缸滿水位, 其中兩個潮汐開關都是將近洩水水位(如圖3B,請注意兩邊的條件一樣),空氣會排掉直管一半的水位

3C

3.如果裝置非常完美,他們的運作幾乎是相同的,一點些許變化而已,然後一旦一邊開始正常排水,另一邊將因壓力差不能排水,到最後由一邊的排水孔完全排出(如圖3C)








4.然後第一個排水的潮汐開關跟沒有排水的潮汐開關在內部水位上將有少許不同,因為沒有排水所以空氣的總量變多(如圖3D),因此下一次便交換排水,以後形成交替式排水

4A

免挖洞的潮汐開關

1.假設不想挖洞，或那些已經在運作的水缸，導致不能鑽洞。這是可以外掛的潮汐開關。他們掛在水缸背面。直接掛在缸體上（如圖4A），一般溢出的流入進潮汐開 關中,虹吸作用將水移動到右邊的出水孔排出，只要沒有任何破壞虹吸作用的理由，洩水孔都會與溢流管保持平衡並將水排出，直水池水位與溢流孔等高。（如圖 4B）

2.如果虹吸管有一段空氣，則不能用虹吸原理。右邊出水位必須介於溢流孔以下。如果溢流孔退流，從而導致水溢入水缸，則無法作用。(如圖4C)


3. 有時這種不挖洞的潮汐開關會有更大的噪音。它有時是一個更糟的問題，要消除噪音的可以以比較大的水池取代。大多數情況下，聲音可以很容易地降低到聽不見或幾乎聽不到的水準。
(通常這種連通管是用於找尋最適合的水位。)

免挖洞的淨水槽管路設計

這是一段底部過濾的水族缸,同時也不用把沈水馬達放在水族缸內,對於美化水族缸非常有幫助

用潮汐開關去除浮流物

5

1. 因為水缸總會產生浮流物,我們不希望把污染水質,因此我們把外掛式潮汐開關的入水端改成浮閥桶(如圖5A)

5B

2.當浮閥在最短點(稱為啟動點, 如圖5B),我們啟動注水入水缸,直到浮筏升起到達最高點(稱為關畢點, 如圖5C),這時浮流物會緩緩流入浮筏桶。

5C

3.因為外掛式潮汐開關是上方溢流,一旦浮流物流入溢流槽(可以再加裝斜網),虹吸作用的引流孔在符筏桶底部,所以所有的浮流物都會留置在浮筏桶,直到最低點又再度注水。（如圖5D)

5D

網路上實作的錦鯉池落葉收集器 

外置型可調整潮汐水位的潮汐開關

1.由於水持續進入水箱，水在水箱和潮汐開關內以同樣的速度上升。（潮汐開關內的底部是連通的）。虹吸管是通到外部的。水會持續上升到外部的開口端。

2.一旦水上升到內部的開口端，它變成一個密封空間。由於水繼續上升，在水箱內水位繼續上升，但速度變慢。同時，水箱內水壓漸大。

3.由於水位接近高水位線，壓力在開關內鐘將水位上升到臨界，造成部份水會先進入管道。

4.由於水在水箱到達高水位線後，體積空氣被迫壓縮管道，並透過虹吸作用，排出的空氣壓力後，進而開始排水。


5.水會一直流出，直到水位低到讓潮汐開關吸入空氣。然後，潮汐開關回歸起始位置。

水位顯示表

應用案例一:有三個水深約兩米的水塔，高低位置都不同，一個和地面水平、一個在地下室一樓、一個是四樓高的高水塔，但是都位於偏僻的地方，需要做一個水位指示計，讓我不必走到水塔那邊，也不必爬上水塔頂端就可以知道目前的水位。

答:利用連接管原理設計水位顯示表

應用案例二:我們工作室位於屏東縣的林邊鄉，近期剛開始研究要如何將魚菜共生的裝置推廣給社區居民，讓以老年人口為主的居民在家就可以種種菜養養魚、甚至自給自足．但因為仍在摸索實驗階段，遇上了一些關於裝置原理的問題

問題圖說

（附件為詳細的問題圖說）
第一個問題是：
鐘虹吸（Bell Siphon），
圖１下方的排水管是直的，圖２則是轉了一個彎, 因為網路上查到的製作方式大多為圖２，想請教轉一個彎是否有其必要性．
第二個問題是：
圖３使用「公道杯」的虹吸排水管，是否擁有比圖４的直排水管更佳的吸力
能夠將底部被過濾後較乾淨的水更順利的排出呢？（想請教虹吸作用使用在排水管時是否有差別）
答:
第一個問題是: 1. 第一圖跟第二圖 差別只是改變水流的方向
2. 第3圖跟第4圖的差別是這個設計上的不同要求
第二個問題:
要解答這個問題要先瞭解 過濾物的屬性問題
假設載體是水，密度為一，過濾物比水輕，密度小於一，簡稱輕雜質，過濾物比水重，密度大於一 簡稱重雜質，所以當容器內的水是定量增加，定量排放時，上層有輕雜質，底層有重雜質，所以第三四圖沒差，
第三四圖的真正差別在於:排放底排重雜質時，打開排放開關，第三圖的設計可以將重雜質排出，
但是一般比較高級的應用是三管共存，正常排水孔/表層排輕雜質孔/底層排重雜質孔
正常排水孔隨時工作，表層排輕雜質孔/底層排污孔則依雜質比例 不定時處理

應用案例三:海上垃圾收集器

利用連通管幫你工作
請參考這段影片

如果有任何連通管的問題,也請留言,我會儘量解答您的需求

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解答的方式:可以用文字,影片,email: croxword@gmail.com,

期限自今日至2014/10/31止

1. 如何DIY設計錦鯉池的落葉收集器(參考單價成本以新台幣500為限)