시폰

Siphon
이 기사는 디바이스에 관한 것입니다.탄산화 공구는 소다 사이펀을 참조하십시오.그 외의 용도는, 「Siphon(동음이의인 설명)」을 참조해 주세요.
사이펀 원리
이 비상액적 사이펀은 표면장력에 의해 밀폐된 공기충전실 내의 액체류를 다른 물방울로 끌어당겨 하강하는 액체가 상승하는 것을 방지하고 액체인장강도가 상승하는 것을 방지한다.또한 출입구 기압의 영향이 출입구 기압의 균등화에 의해 상쇄되지 않음을 보여준다.

사이펀(고대 그리스어: :::σί, 로마자: siphohn, "파이프, 튜브")은 관을 통한 액체 흐름과 관련된 다양한 장치 중 하나이다.좁은 의미에서, 이 단어는 특히 펌프 없이 탱크의 표면 위로 액체가 위쪽으로 흐르게 하는 역 "U"자 형태의 튜브를 가리키지만, 중력의 끌어당김으로 튜브를 따라 흘러내릴 때 액체가 떨어지는 것에 의해 동력이 공급되고, 그것이 온 탱크의 표면보다 낮은 수준에서 배출된다..

사이펀이 어떻게 중력에 반하여 액체를 펌핑하지 않고 중력에 의해서만 위쪽으로 흐르게 하는지에 대한 두 가지 주요 이론이 있다.수세기 동안 전통적인 이론은 중력이 사이펀의 출구 쪽에 있는 액체를 아래로 끌어당기는 결과 사이펀의 꼭대기에 있는 압력을 감소시켰다는 것이었다.기압은 상부 저장고에서 액체를 밀어내고, 기압계나 빨대 마시는 것처럼 사이펀 꼭대기의 감소된 압력까지 끌어올린 다음,[1][2][3][4] 뒤집을 수 있었다.그러나 사이펀은 진공 상태에서[4][5][6][7] 액체의 [4][5][8]기압 높이를 초과하는 높이까지 작동할 수 있는 것으로 입증되었습니다.그 결과, 액체를 체인분수와 [9]같이 사이펀 위로 끌어당기는 사이펀 동작의 응집장력 이론이 제창되었다.어느 하나의 이론이나 다른 이론이 맞는 것이 아니라 두 이론 모두 주변 압력의 다른 상황에서 옳을 수 있습니다.중력이론에 의한 대기압으로는 상당한 기압이 없는 진공상태의 사이펀을 설명할 수 없는 것이 분명하다.그러나 중력설과의 응집장력은 CO가스 사이펀,[10] 기포에도 작용하는 사이펀, 기체가 크게 당기는 힘이 없고 액체가 접촉하지 않으면 응집장력을 발휘할 수 없는 플라잉 물방울 사이펀을2 설명할 수 없다.

현대에 알려진 모든 출판된 이론들은 베르누이의 방정식을 이상화되고 마찰이 없는 사이펀 연산에 대한 적절한 근사치로 인정한다.

역사

파스칼의 사이펀은 물이 담긴 용기 안에 있는 두 개의 수은 비커를 보여주며, 사이폰은 "자연은 진공을 혐오한다"가 아니라 대기압에 의해 작동한다는 것을 보여준다.

기원전 1500년의 이집트 부조물은 큰 저장 [11][12]항아리에서 액체를 추출하는 데 사용되는 사이펀을 묘사하고 있다.

그리스인들이 사이펀을 사용한 물리적 증거는 기원전 6세기 사모스의 피타고라스의 정의컵과 기원전 3세기 페르가몬에서 [12][13]그리스 기술자들이 사용한 것이다.

알렉산드리아의 영웅은 논문 Informa에 [14]사이펀에 대해 광범위하게 썼다.

9세기 바그다드의 바누 무사 형제는 두 개의 동심원 사이펀을 발명했는데, 그들은 이것을 기발한 [15][16]장치들의 책에 묘사했다.힐이 편집한 판에는 이중원심 사이펀에 대한 분석이 포함되어 있다.

사이펀은 특히 펌프(및 사이펀)의 최대 높이와 초기 기압계 꼭대기의 외관상 진공을 이해하기 위해 17세기에 흡입 펌프(및 최근에 개발된 진공 펌프)의 맥락에서 더욱 연구되었다.이것은 처음에 갈릴레오 갈릴레이에 의해 아리스토텔레스로 거슬러 올라가는 공포의 진공설("진공을 혐오하는 자연")을 통해 설명되었지만, 갈릴레오는 나중에 에반젤리스타 토리첼리와 블레즈[17] 파스칼 등 후대의 연구자들에 의해 반증되었다. 바로미터: 역사 참조.

이론.

일반적인 대기압 및 튜브 높이에서 작동하는 실용적인 사이펀은 더 높은 액체 기둥을 아래로 당기는 중력이 사이펀의 상단에서 압력을 감소시키기 때문에 작동합니다(정식적으로 액체가 움직이지 않을 때 정수압).상단의 이 감소된 압력은 액체 기둥을 아래로 끌어 내리는 중력이 사이펀 상단의 감소된 압력 구역으로 밀어올리는 대기 압력에 맞서 액체를 정지 상태로 유지하기에 충분하지 않음을 의미합니다.그래서 액체는 상부 저장소의 고압 영역에서 사이펀 상단의 저압 영역으로 올라갑니다. 그리고 중력과 더 높은 액체 기둥의 도움으로 [18][19]출구의 고압 영역으로 내려갑니다.

섹션 "A"보다 무거워 "B"로 표시된 섹션이 아래로 당겨지는 체인 모델은 결함이 있지만 사이펀 작동에 유용한 유사점입니다.

체인 모델은 유용하지만 완전히 정확한 사이펀 개념 모델은 아닙니다.체인 모델은 어떻게 사이펀이 위쪽으로 액체를 흐르게 할 수 있는지 이해하는 데 도움이 되며, 이는 아래로 내려가는 중력에 의해서만 구동됩니다.사이펀은 때때로 체인의 한쪽 끝이 다른 쪽보다 높은 표면에 쌓여 있는 도르래 위에 매달려 있는 체인처럼 생각될 수 있다.짧은 쪽의 체인 길이가 높은 쪽의 체인 길이보다 작기 때문에 무거운 쪽의 체인이 아래로 이동해 가벼운 쪽의 체인을 끌어올립니다.사이펀과 유사하게, 체인 모델은 분명히 무거운 쪽에 작용하는 중력에 의해 구동되며, 에너지 보존에 대한 위반은 분명히 없습니다. 왜냐하면 체인은 궁극적으로 사이펀에서 액체가 움직이는 것처럼 더 높은 위치에서 더 낮은 위치로 이동하기 때문입니다.

C에서 D로 떨어지는 가벼운 하부 레그라도 무거운 상부 레그의 액체가 아래[20] 탱크로 올라가고 넘칠 수 있습니다.

사이펀의 체인 모델에는 많은 문제가 있으며 이러한 차이를 이해하면 사이펀의 실제 기능을 설명하는 데 도움이 됩니다.첫째, 사이펀의 체인 모델과 달리 실제로는 키가 작은 쪽에 비해 키가 큰 쪽에 무게가 실리지 않습니다.오히려 압력의 균형을 결정하는 것은 탱크 표면에서 사이펀의 상단까지의 높이 차이입니다.예를 들어, 상부 저장소에서 사이펀의 꼭대기로 가는 튜브가 하부 저장소에서 사이펀의 꼭대기로 가는 튜브의 높은 부분보다 훨씬 더 큰 직경을 가지고 있다면, 사이펀의 짧은 상부 부분은 훨씬 더 큰 액체의 무게를 가지고 있을 수 있고, 여전히 더 가벼운 부피의 다운 튜브에서 액체를 끌어올릴 수 있습니다.튜브가 두꺼워지면 사이펀이 정상적으로 [20]작동할 수 있습니다.

또 다른 차이점은 대부분의 실제 상황에서 용해된 가스, 증기 압력 및 (때로는) 튜브 벽과의 접착력 부족으로 인해 액체 내의 인장 강도가 사이펀화에 효과적이지 않다는 것입니다.따라서, 상당한 인장 강도를 갖는 체인과 달리, 액체는 일반적으로 일반적인 사이펀 조건에서는 인장 강도가 거의 없기 때문에 상승 측 액체는 상승 [7][19]측 체인이 상승 측으로 당겨지는 방식으로 상승할 수 없습니다.

때때로 사이펀에 대한 오해는 액체를 [18][19]위로 끌어올리기 위해 액체의 인장 강도에 의존한다는 것입니다.물이 (z-튜브와[21] 같은) 일부 실험에서 상당한 인장 강도를 갖는 것으로 밝혀졌으며 진공 상태의 사이펀은 이러한 응집력에 의존하지만,[7][18][19] 일반적인 사이펀은 기능하기 위해 액체 인장 강도가 전혀 필요하지 않음을 쉽게 입증할 수 있다.게다가, 일반적인 사이펀은 사이펀 전체에 걸쳐 양압으로 작동하기 때문에, 액체 인장 강도의 기여는 없습니다. 왜냐하면 분자들은 서로 [7]끌어당기는 것이 아니라 압력에 저항하기 위해 실제로 서로를 밀어내기 때문입니다.

에어 스타트 사이펀액체 기둥이 C에서 D로 떨어지면 상부 저장소의 액체가 B로 흘러나와 [18][19]상부를 넘어갑니다.액체를 끌어올리는 데 액체 인장 강도가 필요하지 않습니다.

예를 들어, 일반적인 사이펀의 긴 아랫다리를 아래쪽에 꽂아 그림과 같이 액체로 거의 꼭대기까지 채우고, 윗다리와 짧은 윗다리를 완전히 건조하게 하고 공기만 포함할 수 있습니다.플러그를 분리하고 더 긴 하부 레그에 있는 액체를 떨어뜨리면 상부 탱크에 있는 액체가 일반적으로 기포를 아래로 쓸어내리고 튜브 밖으로 배출됩니다.그런 다음 기기는 일반 사이펀으로 계속 작동합니다.이 실험 시작 시 사이펀 양쪽에 있는 액체 사이에 접촉이 없기 때문에 액체 분자 사이에 액체를 상승 위로 끌어당기기 위한 응집력이 있을 수 없습니다.액체 인장 강도 이론을 지지하는 사람들은 에어 스타트 사이펀이 사이펀을 시작할 때만 그 효과를 보여주지만, 기포가 제거되고 사이펀이 안정된 흐름을 달성한 후에는 상황이 변화한다고 제안했습니다.그러나 비행물방울 사이펀에서도 비슷한 효과를 볼 수 있습니다(위 참조).플라잉 드립 사이펀은 액체 인장 강도가 액체를 끌어올리지 않고 연속적으로 작동합니다.

날아다니는 물방울 사이펀을 이용한 사이펀 열대의 과일 펀치 시연

비디오 시연의 사이펀은 상부 저수지가 비워질 때까지 28분 이상 꾸준히 작동했다.사이펀에 액체 인장 강도가 필요하지 않다는 또 다른 간단한 입증은 작동 중에 단순히 사이펀에 기포를 도입하는 것입니다.기포는 기포 전후의 액체를 완전히 분리할 수 있을 정도로 클 수 있으며, 기포가 너무 크지 않으면 사이펀은 기포를 쓸어내릴 때 거의 변화 없이 계속 작동합니다.

사이펀에 대한 또 다른 일반적인 오해는 기압이 입구와 출구에서 사실상 동일하기 때문에 기압이 상쇄되어 기압이 액체를 사이펀 위로 밀어올릴 수 없다는 것입니다.그러나 힘의 일부 또는 전체에 대항하는 간섭력이 있다면 동등하고 반대되는 힘은 완전히 취소되지 않을 수 있다.사이펀은 각 튜브 내의 액체를 끌어 내리는 중력에 의해 입구와 출구의 기압이 모두 감소하지만, 아래쪽에 있는 액체의 높은 기둥에 의해 아래쪽에 있는 기압이 더 감소한다.사실, 아래쪽으로 올라오는 기압이 위쪽으로 올라오는 모든 기압을 상쇄하기 위해 위쪽으로 올라오는 기압을 완전히 "만들 수" 있는 것은 아니다.이 효과는 두 대의 카트가 언덕 반대편으로 밀리는 예에서 더 쉽게 볼 수 있습니다.그림에서 보듯이 왼쪽 사람이 오른쪽 사람과 등반대의 밀기에 의해 완전히 취소된 것처럼 보여도 왼쪽 사람이 왼쪽 카트를 밀어 올리는 힘의 원천이다.

서로 상쇄되는 것처럼 보이는 등반대 힘의 예, 그러나 왼쪽에서 상쇄되는 것처럼 보이는 힘은 여전히 물체를 위로 밀어 올린다. 이는 취소되는 것처럼 보이는 사이펀의 양 끝의 등반대 기압이 여전히 액체를 위로 밀어 올릴 수 있는 것과 유사하다. (차들은 튀지 않는다.)d. 서로 잡아당기지 않고 밀기만 합니다.)

일부 상황에서는 기압이 없고 인장 강도 때문에 사이펀이 작동하며(진공 사이펀 참조), 이러한 상황에서는 체인 모델이 유익할 수 있습니다.또한 다른 환경에서는 장력에 의해 수분이 운반되며, 특히 혈관식물의 [18][22]목질 전위 인력에 의해 수분이 운반된다.물과 다른 액체는 인장 강도가 없어 보일 수 있다. 왜냐하면 한 움큼을 퍼올려 당기면 액체가 좁아지고 쉽게 분리되기 때문이다.그러나 사이펀의 액체 인장 강도는 액체가 튜브 벽에 부착되어 협착에 저항할 때 가능합니다.그리스나 기포와 같은 튜브 벽면의 오염이나 난류나 진동과 같은 기타 사소한 영향으로 인해 액체가 벽에서 분리되고 모든 인장 강도가 손실될 수 있습니다.

더 자세히, 정수압이 정적 사이펀을 통해 어떻게 변화하는지 살펴볼 수 있는데, 이는 상부 저장소의 수직 튜브, 하부 저장소의 수직 튜브 및 이들을 연결하는 수평 튜브(U자형이라고 가정)를 차례로 고려할 때이다.상부 저장소의 액체 레벨에서는 액체가 대기압에 노출되어 있으며, 물을 밀어 올리는 기압의 무게가 아래로 밀어 올리는 사이펀의 물기둥에 의해 균형을 이루므로 사이펀 위로 올라갈수록 정수압은 감소합니다(수직 압력 변동).액체가 위로 밀리지 않는 기압계/기압의 ht) – 튜브 상단의 정수압은 튜브 높이에 비례하는 양만큼 대기압보다 낮아진다.하부 탱크에서 상승하는 튜브에 대해 동일한 분석을 수행하면 해당(수직) 튜브의 상단 압력이 산출됩니다. 튜브가 더 길기 때문에 이 압력이 더 낮으며(아래로 밀려내리는 물이 더 많음), 하부 탱크가 상부 탱크보다 낮거나 더 일반적으로 배출구가 t보다 낮아야 합니다.상부 저장소의 표면.이제 이들을 연결하는 수평 튜브를 고려할 때, 사람들은 상부 저장소에서 튜브 상부의 압력이 더 높은 것을 볼 수 있습니다(적은 물이 들어올려지고 있기 때문에), 하부 저장소에서 튜브 상부의 압력은 더 낮은 반면(더 많은 물이 들어올려지고 있기 때문에), 액체가 고압에서 저압으로 이동하기 때문에,iquid는 위쪽 분지에서 아래쪽 분지로 수평관을 가로질러 흐릅니다.액체는 튜브 전체에 장력이 아닌 양의 압력(압축)을 받습니다.

베르누이의 방정식은 과학 문헌에서 사이펀의 연산에 대한 공정한 근사치로 여겨진다.비이상 유체에서는 압축성, 인장 강도 및 작동 유체의 기타 특성이 베르누이의 방정식을 복잡하게 합니다.

일단 시동을 걸면, 사이펀은 액체가 탱크를 타고 올라가고 빠져나가는 것을 유지하기 위해 추가적인 에너지가 필요하지 않습니다.사이펀은 흡입구 아래로 내려가 공기 또는 기타 주변 가스가 사이펀을 파괴할 때까지 또는 사이펀의 출구가 탱크 레벨과 같아질 때까지 탱크에서 액체를 끌어냅니다.

기압, 액체의 밀도 및 중력에 더해 실제 사이펀에서의 최고 파고율은 액체의 증기압에 의해 제한된다.액체 내부의 압력이 액체의 증기 압력 아래로 떨어지면, 작은 증기 기포가 고점에서 형성되기 시작할 수 있고, 사이펀 효과는 끝날 것입니다.이 효과는 액체가 얼마나 효율적으로 기포를 형성할 수 있는지에 따라 달라집니다; 기포를 형성하기 위한 쉬운 핵 형성 부위의 역할을 하는 불순물이나 거친 표면이 없는 경우, 사이펀은 기포가 핵을 형성하는데 걸리는 긴 시간 동안 일시적으로 표준 최대 높이를 초과할 수 있습니다.탈가스된 물의 한 사이펀은 24m(79피트)까지 연장된[8] 기간 동안 시연되었고 다른 통제된 실험은 10m(33피트)[23]까지 시연되었다.표준 대기압의 물의 경우 최대 사이펀 높이는 약 10m(33피트)이고 수은의 경우 76cm(30인치)로 표준 압력의 정의입니다.이는 흡인 펌프의 최대 높이와 같으며, 동일한 [17][24]원리로 작동합니다.높이 비율(약 13.6)은 물기둥(수은)이 대기압을 생성하는 공기 기둥과 균형을 이루고 있기 때문에 물과 수은의 밀도 비율(특정 온도에서)과 같으며, 실제로 최대 높이는 액체의 밀도에 반비례한다.

사이펀 작동에 대한 현대 연구

1948년 말콤 노크스는 진공 상태의 사이펀에 대해 기압과 부분 진공 상태에서 모두 작용하는 사이펀을 조사했다. 그는 다음과 같이 결론지었다: "하강관 안의 액체 기둥에 가해지는 중력에서 흡수관 안의 중력이 액체를 움직이게 한다.따라서 액체는 장력 상태에 있으며 방해 요인이 없으면 액체 기둥이 파손되기에는 불충분한 종방향 변형을 유지합니다."그러나 대기압에서 작동하는 흡수 높이가 작은 사이펀의 경우, 그는 다음과 같이 결론지었다. "... 액체 기둥의 장력은 액체 [7]기둥의 반대쪽 끝에 있는 대기의 압축 효과에 의해 중화되고 반전된다."

1971년 에든버러 대학의 포터와 반스는 사이펀을 다시 방문했다.그들은 사이펀의 이론을 재조사하고 기압에 있는 사이펀에 대한 실험을 했다.그들의 결론은 다음과 같다; "많은 전통에도 불구하고, 사이펀의 기본 메커니즘은 대기압에 [25]의존하지 않는다는 것이 이제 분명해져야 한다."

2010년 퀸즐랜드 공대 휴즈는 중력, 압력 및 분자 응집력을 중점적으로 연구했습니다.그는 공기 압력에 있었고, 그의 결론은:"물의 사이펀의 바닥에서 흐름은 높이에서 유입과 유출 사이의 차이점에 관하고, 따라서 대기 pressure…에 의존할 수 없느냐에 달려 있"[26]휴즈는 더 나아 가 사이펀에서처럼 뿜어 나온다는 공기 압력에서 2011년에 또 그렇게 결론지었다는 건 일했습니까."그 실험들 에어로빅 묘사했다 사이펀에서처럼 뿜어 나온다 사용했다.ove대기압에서 일반적인 사이펀이 대기압이 아닌 중력을 통해 작동함을 입증한다."[27]

아버지와 아들 연구원 라메테와 라메테는 2011년 공기 압력 하에서 이산화탄소를 흡입하는 데 성공했고 분자 응집력은 사이펀의 작동에 필요하지 않지만 "사이펀 작용의 기본적인 설명은 튜브가 채워지면 유체에 더 큰 중력을 가함으로써 흐름이 시작된다는 것이다.짧은 쪽에 비해 긴 쪽에 있어요.이는 빨대의 '흡입'이 흡기 지점까지의 길이를 따라 압력을 감소시키는 것과 같은 의미에서 사이펀 튜브 전체에 압력 강하를 생성합니다.흡입 지점의 주변 기압은 밀크셰이크의 [1]빨대처럼 유체를 위로 밀어 올려 흐름을 유지함으로써 감소된 압력에 반응합니다."

2011년 하와이 대학의 리커트와 바인더는 사이펀을 조사하여 분자 응집력이 사이펀의 작동에 필요하지 않지만 중력과 압력 차이에 의존한다는 결론을 내렸습니다: "유체가 처음에는 중력에 의해 사이펀의 긴 다리로 흘러내릴 때, 그것은 부분적인 액체를 남깁니다.높은 용기의 입구 지점에 압력이 가해져 유체가 그 쪽의 다리 위로 밀려올 [2]수 있게 됩니다.

노팅엄 대학의 Boatwright, Puttick, License 연구팀은 모두 2011년에 고진공 상태에서 사이펀을 작동시키는 데 성공했다.그들은 다음과 같이 썼다. "사이펀은 주로 기압의 힘에 의해 움직인다고 널리 알려져 있다.고진공 조건에서도 사이펀이 작동할 수 있다는 것을 보여주는 실험이 설명되었습니다.분자 응집력과 중력은 사이펀의 작동에 기여하는 요소로 나타나며, 양의 대기압의 존재는 필요하지 않습니다."[28]

2011년 오늘 물리학에 기고한 밀러스빌 대학의 J. Dully는 사이펀이 [29]작동하기 위해서는 사이펀 튜브 내의 압력 차이와 액체의 인장 강도가 모두 필요하다고 말했습니다.

Humboldt State University의 연구원 A. McGuire는 2012년에 사이펀의 흐름을 조사했다.고급 범용 다물리학 시뮬레이션 소프트웨어 패키지 LS-DYNA를 사용하여 사이펀 내의 압력 초기화, 흐름 및 압력 전파를 조사했습니다.그는 "압력, 중력, 분자 응집력이 모두 사이펀의 작동에 원동력이 될 수 있다"[3]고 결론지었다.

2014년, Hughes와 Gurung(Queensland Technology University of)은 해수면부터 고도 11.9km(39000ft)에 이르는 다양한 기압 하에서 물 사이펀을 작동시켰다.그들은 다음과 같이 언급했다: "상승 중에 흐름이 다소 일정하게 유지되어 사이펀 흐름이 주변 기압과 독립적이라는 것을 나타낸다."그들은 베르누이 방정식과 푸아제유 방정식을 사용하여 사이펀 내의 압력 차이와 유체 흐름을 조사했다.그들의 결론은 다음과 같다: "위의 분석으로부터, 사이펀을 드나드는 물 분자 사이에 직접적인 응집 관계가 있어야만 한다.이는 사이펀 꼭대기의 압력이 물의 증기 압력보다 높은 모든 대기 압력에서 해당되지만 이온성 액체는 예외이다."[30]

실용적 요건

일반 튜브는 사이펀으로 사용할 수 있습니다.액체가 흐르기 시작하고 사이펀을 프라이밍하기 위해 외부 펌프를 사용해야 합니다(가정에서는 보통 튜브를 통해 액체가 충분히 채워질 때까지 흡입합니다. 이는 사이펀되는 액체에 따라 사용자에게 위험할 수 있습니다).이것은 때때로 자동차의 가솔린 탱크에서 외부 탱크로 휘발유를 흡입하기 위해 누출이 없는 호스를 사용하여 이루어집니다(휘발유를 입으로 흡입하면 실수로 휘발유를 삼키거나 폐로 흡입하여 사망 또는 폐 손상을 일으킬 수 있습니다).[31]튜브의 일부가 중간 고점 위로 올라오기 전에 튜브에 액체가 범람하고 튜브가 올라오는 동안 튜브가 계속 침수되도록 주의를 기울이면 펌프가 필요하지 않습니다.사이펀으로 판매되는 장치에는 사이펀 프로세스를 시작하기 위한 사이펀 펌프가 포함되어 있는 경우가 많습니다.

일부 용도에서는 필요 이상으로 크지 않은 사이펀 튜브를 사용하는 것이 유용할 수 있습니다.직경이 너무 큰 배관을 사용한 다음 밸브 또는 수축 배관을 사용하여 유량을 조절하면 앞서 언급한 첨부의 가스 또는 증기 수집에 대한 우려의 효과가 증가하여 진공이 파손되는 것으로 보입니다.진공이 너무 줄어들면 사이펀 효과가 손실될 수 있습니다.요건에 가깝게 사용되는 파이프의 크기를 줄이면 이 효과가 감소하며 지속적인 프라이밍 및 재시작이 필요하지 않은 보다 기능적인 사이펀이 생성됩니다.이 점에서, 컨테이너로의 흐름을 해당 컨테이너로부터의 흐름과 일치시켜야 하는 경우(예를 들어 하천에 의해 공급되는 연못의 일정한 수위를 유지하기 위해), 단일 대형 파이프 및 설치물을 사용하는 것보다 필요에 따라 시작할 수 있는 두세 개의 작은 개별 병렬 파이프를 사용하는 것이 바람직할 것이다.조르려고 안달이야.

자동 간헐적 사이펀

연속 세류 흐름 또는 불규칙한 작은 서지 흐름을 큰 서지 볼륨으로 바꾸는 것이 바람직한 상황에서는 사이펀이 자동 기계로 사용되는 경우가 있습니다.이것의 일반적인 예로는 공중화장실이 있는데, 공중화장실 위에 있는 작은 물탱크에 있는 자동 사이펀에 의해 정기적으로 세수된다.용기가 가득 차면 저장된 모든 액체가 방출되어 리셋되었다가 다시 채워지는 큰 서지 볼륨으로 나타납니다.이러한 간헐적 동작을 하는 한 가지 방법은 플로트, 체인, 레버 및 밸브와 같은 복잡한 기계와 관련되어 있지만, 이러한 기계들은 시간이 지남에 따라 부식, 마모 또는 막힐 수 있습니다.또 다른 방법은 단단한 파이프와 챔버를 사용하는 것이며, 작동 메커니즘으로 사이펀에 있는 물 자체만 사용합니다.

자동 무인 장치에서 사용되는 사이펀은 장애 없이 안정적으로 작동할 수 있어야 합니다.이는 일반적인 시연 자체 시동식 사이펀과는 다른데, 사이펀이 작동하지 않을 수 있으며, 정상적인 서지 흐름 작동으로 돌아가기 위해 수동 개입이 필요할 수작업이 필요합니다.

가장 일반적인 장애는 용기의 충전 속도에 맞춰 액체가 천천히 흘러나와 사이펀이 바람직하지 않은 정상 상태로 들어가는 것입니다.드리블 방지에는 일반적으로 워터 트랩으로 밀봉된 여러 파이프에 하나 이상의 큰 기포를 가두는 공압 원리가 포함됩니다.이 방법은 메카니즘의 일부에 물이 이미 존재하지 않는 상태에서 간헐적으로 작동할 수 없는 경우 실패할 수 있으며 메카니즘이 건조한 상태에서 시작되면 채워지지 않습니다.

두 번째 문제는 유입되지 않아 사이펀이 작동하지 않을 경우 갇힌 에어 포켓이 시간이 지남에 따라 축소된다는 것입니다.포켓 내의 공기는 액체에 흡수되어 에어 포켓이 사라질 때까지 파이프 안으로 액체를 끌어올리고 저장 탱크가 가득 차지 않을 때 정상 작동 범위를 벗어난 물의 흐름이 활성화되어 메커니즘 하부의 액체 씰이 손실될 수 있습니다.

세 번째 문제는 액체 씰의 하단부가 단순히 유출 파이프의 U 트랩 굽힘인 경우입니다.활발한 비우기 중에는 유출되는 액체의 운동운동이 너무 많은 액체를 밀어내 유출 트랩의 밀봉 부피를 상실하고 갇힌 기포를 상실하여 간헐적인 작동을 유지할 수 있습니다.

네 번째 문제는 사이펀이 건조할 때 이러한 다양한 씰링 챔버를 천천히 재충전하기 위한 메커니즘의 누출 구멍입니다.누출 구멍은 이물질과 부식으로 막힐 수 있으며, 수동 세척과 개입이 필요합니다.이를 방지하기 위해 사이펀은 고체나 침전이 없는 순수한 액체 소스로 제한될 수 있다.

다양한 공압 및 유체역학 원리를 사용하여 이러한 문제를 극복하려는 자동 사이펀 메커니즘을 위해 적어도 1850년대까지 거슬러 올라가는 많은 자동 사이폰이 발명되었습니다.

응용 프로그램 및 용어

첫 발효 후 맥주를 홀짝홀짝 마시다

특정 액체를 정화할 필요가 있는 경우, 사이펀을 사용하면 바닥(쓰레기) 또는 상단(폼 및 플로티)이 한 용기에서 새 용기로 옮겨지는 것을 방지할 수 있습니다.따라서 사이폰은 와인과 맥주의 발효에 유용하게 쓰입니다. 왜냐하면 사이폰은 불필요한 불순물을 새로운 용기로부터 보호할 수 있기 때문입니다.

파이프 또는 튜브로 만들어진 자체 제작 사이펀은 홍수 후 지하실에서 물을 배출하는 데 사용될 수 있습니다.침수된 지하실과 외부 깊은 곳 사이에는 튜브 또는 파이프를 사용하여 연결이 구축됩니다.흡기 밸브를 통해 물이 채워집니다(구조의 가장 높은 끝).양끝이 열리면 물이 파이프를 통해 하수구나 강으로 흐릅니다.

퀸즐랜드 세인트 조지에서 면화 사이펀 관개.

시포닝은 관개된 밭에서 도랑 벽 너머로 통제된 양의 물을 이랑으로 옮기는 것이 일반적입니다.

대형 사이펀은 도시 상수도 및 산업 분야에서 사용될 수 있다.사이펀의 크기는 사이펀의 흡기, 출구 및 꼭대기에 있는 밸브를 통해 제어해야 합니다.사이펀은 흡입구와 출구를 닫고 꼭대기에 사이펀을 채워 프라이밍할 수 있습니다.흡입구와 출구가 물에 잠긴 경우, 진공 펌프를 꼭대기에 적용하여 사이펀을 프라이밍할 수 있습니다.또는 사이펀은 흡입구 또는 출구에서 펌프에 의해 프라이밍될 수 있다.액체 속의 가스는 큰 [32]사이펀에서 걱정거리이다.가스는 산꼭대기에 쌓이는 경향이 있으며 액체의 흐름을 끊을 정도로 쌓이면 사이펀이 작동을 멈춥니다.사이펀 자체는 문제를 악화시킵니다.왜냐하면 액체가 사이펀을 통해 상승함에 따라 압력이 떨어져 액체의 용해된 가스가 용액 밖으로 나오기 때문입니다.온도가 높을수록 액체에서 가스가 방출되는 속도가 빨라지므로 온도를 낮게 일정하게 유지하는 것이 도움이 됩니다.액체가 사이펀에 오래 있을수록 더 많은 가스가 방출되므로 전체적으로 사이펀이 짧아집니다.국소 고점은 가스를 가두기 때문에 흡기 및 출구 레그에는 중간 고점 없이 연속 경사가 있어야 합니다.액체의 흐름은 기포를 움직이기 때문에 흡입구는 기포를 꼭대기로 밀어내기 때문에 경사가 얕을 수 있습니다.반대로 출구 레그에는 기포가 액체의 흐름에 역행하도록 하기 위한 가파른 경사가 필요합니다.단, 다른 설계에서는 사이펀에서 기포가 빠져나갈 수 있도록 출구 레그에 얕은 경사가 필요합니다.산꼭대기에서 가스가 산꼭대기 위의 챔버에 갇힐 수 있습니다.챔버에 가스를 제거하기 위해 액체를 다시 프라이밍할 필요가 있습니다.

맥주 양조용 사이펀

사이펀 우량계

사이펀 우량계는 장기간에 걸친 강우량을 기록할 수 있는 우량계입니다.사이펀은 게이지를 자동으로 비우는 데 사용됩니다.이것은 종종 단순히 "사이펀 게이지"라고 불리며 사이펀 압력 게이지와 혼동해서는 안 됩니다.

사이펀 여수로

댐의 사이펀 배수로는 일반적으로 높은 [33]수위를 배수하는 데 사용되므로 기술적으로 사이펀이 아닙니다.단, [34][35]관개 시에 사용되는 경우와 같이 사이펀 여과로는 소스 저장소의 표면보다 유량을 높이면 실제 사이펀으로 작동합니다.작동 시 사이펀 스필웨이는 "파이프 플로우" 또는 "폐쇄 도관 플로우"[36]로 간주됩니다.정상적인 여수로 흐름은 여수로 위의 저장소의 높이에 의해 가압되는 반면, 사이펀 유량은 입구 및 [citation needed]출구 높이의 차이에 의해 제어됩니다.일부 설계에서는 나선형 소용돌이의 물 흐름을 사용하여 위 공기를 제거하여 사이펀을 프라이밍하는 자동 시스템을 사용합니다.이러한 설계에는 볼루트 [37]사이펀이 포함됩니다.

수세식 화장실

수세식 화장실은 그릇이 비기 때문에 사이펀 효과가 있는 경우가 많습니다.

일부 화장실에서는 시펀 원리를 사용하여 실제 물탱크에서 물을 얻기도 합니다.이 플러시는 레버 또는 핸들에 의해 트리거되며, 레버 또는 핸들은 간단한 다이어프램 모양의 피스톤 펌프를 작동하여 충분한 물을 사이펀 꼭대기까지 끌어올려 물의 흐름을 시작하고, 그 다음 수조의 내용물을 변기 통으로 완전히 비웁니다.이 시스템의 장점은 물을 흘려보낼 때를 제외하고는 물탱크에서 물이 새지 않는다는 것입니다.이것들은 [38]2011년까지 영국에서 의무적이었다.

초기 소변기는 약간 열린 밸브에 의해 깨끗한 물이 지속적으로 탱크에 공급되기 때문에 정기적인 사이클에 따라 자동으로 흐르는 사이펀을 통에 포함시켰다.

진정한 사이펀이 아닌 디바이스

사이펀 커피

주요 기사:사이펀 커피
사이펀 커피 제조기: 열원(A)에 의해 데워지면 하부 챔버(B)의 증기 압력이 상승하여 물을 아래쪽으로 밀어내고(C), 중앙 파이프를 통해 상부 챔버(D)로 밀어 넣어 커피 분쇄물과 혼합한다.열이 제거되면 물은 다시 흘러내린다.

사이펀의 양끝이 대기압이면 액체가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르지만 사이펀의 하단부가 가압되면 액체가 낮은 곳에서 높은 곳으로 흐를 수 있다.하부 엔드에서 압력이 제거되면 액체의 흐름이 역방향으로 바뀌어 사이펀을 구동하는 압력임을 알 수 있습니다.이를 일상적으로 보여주는 것은 사이펀 커피 메이커로, 다음과 같이 동작합니다(디자인은 다양합니다.이것은 표준 디자인이며, 커피 분쇄물은 생략되어 있습니다).

  • 유리 그릇은 물을 채우고, 그 후 (매우 밀폐된) 사이펀으로 코르크 마개를 씌운다.
  • 다른 유리 용기가 대기에 개방된 상태로 상단에 배치됩니다. 상단 용기가 비어 있고 바닥이 물로 채워져 있습니다.
  • 바닥 용기는 그 후 가열된다; 온도가 상승함에 따라 물의 증기 압력이 증가한다; 물이 끓을 때 증기 압력은 대기 압력과 같고, 온도가 끓는 것보다 높아지면 바닥 용기의 압력을 초과하여 물을 위로 밀어 올린다.윗 혈관에 iphon 튜브를 삽입할 수 있습니다.
  • 소량의 뜨거운 물과 증기가 바닥 용기에 남아 있고, 이 압력으로 물이 위쪽 용기에 유지되도록 가열된다.
  • 바닥 용기에서 열이 제거되면 증기 압력이 감소하여 더 이상 물기둥 – 중력(물에 작용) 및 대기압을 지탱할 수 없게 된 다음 물을 바닥 용기로 밀어 넣습니다.

실제로 상부 용기에는 커피 분쇄물이 채워져 커피가 다 끓으면 바닥 용기에서 열을 제거한다.증기 압력이 구체적으로 의미하는 것은 끓는 물이 고밀도 물(액체)을 저밀도 증기(기체)로 변환하고, 이것이 팽창하여 더 많은 부피를 차지한다는 것입니다(즉, 압력이 증가함).팽창하는 증기로부터의 압력은 액체를 사이펀 위로 밀어 올립니다. 증기가 응축되어 물을 주면 압력은 감소하고 액체는 다시 아래로 흐릅니다.

사이펀 펌프

단순한 사이펀은 소스 탱크보다 높은 레벨에서 액체를 출력할 수 없지만, 꼭대기에 있는 기밀 계량실과 자동 밸브 시스템을 이용하는 보다 복잡한 장치는 외부 펌프 에너지가 추가되지 않고 소스 탱크보다 높은 레벨에서 액체를 지속적으로 배출할 수 있다.이것은 에너지 보존을 위반하는 것으로 보이는 것에도 불구하고 이를 달성할 수 있습니다. 왜냐하면 많은 양의 액체가 어느 정도 거리를 떨어뜨리는 에너지를 이용하여 소량의 액체를 소스 저장소 위로 올리고 배출할 수 있기 때문입니다.따라서 소량의 분사에 전력을 공급하기 위해 많은 양의 낙하 액체가 "필요"하다고 할 수 있습니다.이러한 시스템은 일반적으로 주기적 또는 시작/정지 방식으로 작동하지만 지속적이고 자체적인 [39][40]방식으로 작동합니다.램 펌프는 이런 방식으로 작동하지 않습니다.이 계량 펌프는 사이펀을 동력원으로 사용하는 진정한 사이펀 펌프 장치입니다.

역사이펀

다음 항목도 참조하십시오.트랩(플럼핑)
싱크대 밑의 워터씰.반전 사이폰은 "A" 라인 아래에 발생합니다.

역사이펀은 사이펀이 아니라 장애물 아래로 내려가야 "U"자 모양의 흐름 경로를 형성할 수 있는 파이프에 적용되는 용어입니다.

큰 역사이펀은 관개나 금광 채굴을 위해 운하나 플룻을 통해 계곡을 가로질러 물을 운반하는 데 사용됩니다.로마인들은 수도교를 [41][42][43]건설하기에는 너무 큰 계곡을 건너기 위해 납 파이프의 역사이펀을 사용했다.

역사이펀은 하수구에서[44] 하수 가스가 나오는 것을 방지하고 때로는 링이나 전자 부품과 같은 밀도가 높은 물체를 [45][46]배수구에 빠뜨린 후 회수할 수 있도록 하는 기능 때문에 트랩이라고 불린다.한쪽 끝을 흐르는 액체는 단순히 액체를 밀어올려 다른 한쪽 끝을 나오게 할 뿐이지만 모래와 같은 고형물은 축적될 것이다.이는 하수도 시스템이나 암거에서 특히 중요합니다.하수도 시스템은 하천이나 기타 깊은 장애물을 통해 배선되어야 하며, 이는 "저압 하수"[47][48]라는 용어가 더 적합합니다.

백 사이포니지

역사이펀지는 [49]소방에 의한 급수수요가 높은 등 급수측에서 급수 또는 부압이 급격히 감소하여 배관계통의 정상적인 급수흐름이 반전되는 것을 가리키는 배관용어로 [50]흡입이므로 실제 사이펀은 아니다.배면 사이포니지는 출구(집) 끝의 물에 잠긴 흡입구에 의존하기 때문에 드물고 [51]드문 일입니다.역방향 사이포니지는 역류와 혼동해서는 안 됩니다. 역방향으로 흐르는 [51]물은 출구단에서 발생하는 압력에 의해 공급단으로 역방향으로 흐릅니다.

안티시폰 밸브

건물 코드에는 특히 외부 수도꼭지에 대한 뒷면 사이펀지에 특정 섹션이 포함되어 있는 경우가 많습니다(아래의 건물 코드 견적 샘플 참조).이러한 설계에는 미끄럼[52] 방지 밸브와 같은 역류 방지 장치가 필요하다.그 이유는 외부 수도꼭지가 정원 연못, 수영장, 수족관 또는 세탁기와 같은 외부 수역에 담길 수 있는 호스에 부착될 수 있기 때문이다.이러한 상황에서 흐름은 실제로는 사이펀이 아니라 급수 측 압력 감소로 인한 흡입입니다.급수 시스템 내부의 압력이 떨어지면 외부 물은 역압에 의해 수도꼭지를 통해 식수 시스템으로 되돌아갈 수 있습니다.또 다른 오염 지점은 변기 탱크 내의 수분 흡입구이다.또한 급수 라인의 압력 강하가 변기 탱크에서 물을 흡입하고("화장실 파란색"[53]과 같은 첨가물을 포함할 수 있음) 물 시스템을 오염시키는 것을 방지하기 위해 방음 밸브가 필요합니다.안티 사이펀 밸브는 단방향 체크 밸브 역할을 합니다.

항시폰 밸브는 의학적으로도 사용된다.뇌에서 뇌척수액을 빼내는 션트로 수두증, 즉 뇌의 과잉액을 치료할 수 있다.모든 션트에는 뇌의 과도한 압력을 완화하기 위한 밸브가 있습니다.션트는 환자가 서 있을 때 션트 출구가 션트 흡입구보다 훨씬 낮도록 복강으로 이어질 수 있습니다.따라서 사이펀 효과가 발생할 수 있으며 단순히 과도한 압력을 줄이는 대신 션트가 사이펀 역할을 하여 뇌에서 뇌척수액을 완전히 배출할 수 있습니다.션트의 밸브는 션트의 드레인에서 부압이 과도한 배출을 초래하지 않도록 이러한 사이펀 작용을 방지하도록 설계될 수 있습니다.뇌에서 과도한 양의 압력만이 [54][55][56]배출을 초래한다.

Medical Shunt의 안티 시폰 밸브는 과도한 액체의 전진 흐름을 방지합니다.배관 시스템에서는 안티 사이펀 밸브가 역류를 막고 있습니다.

캐나다 [57]온타리오 주(州)의 "백 사이포니지(back siphonage)"에 관한 건축 법규의 샘플:

7.6.2.3.백 사이포니지
  1. 대기압의 영향을 받지 않는 설비 또는 탱크를 공급하는 모든 음용수 시스템은 역류 방지 장치에 의해 역류로부터 보호되어야 한다.
  2. 음용수 공급이 보일러, 탱크, 냉각 재킷, 잔디 스프링클러 시스템 또는 비음용 유체가 대기압을 초과하거나 물 출구가 비음용 유체에 잠길 수 있는 기타 장치에 연결되어 있는 경우 역류 방지 장치에 의해 물 공급을 보호해야 한다.
  3. 호스 비브가 건물 외부, 차고 내부 또는 식별 가능한 오염 위험이 있는 경우, 음용수 시스템은 역류 방지 장치에 의해 역류로부터 보호되어야 한다.

기타 시포닝 방지 장치

시폰 방지 밸브와 함께 시폰 방지 장치도 있습니다.그 둘은 적용상 관련이 없다.사이폰은 탱크에서 연료를 제거하기 위해 사용될 수 있습니다.연료비가 상승함에 따라 여러 국가에서 연료 도난의 증가와 관련이 있다.대형 연료 탱크를 갖춘 트럭이 가장 취약하다.시폰 방지 장치는 도둑이 연료 탱크에 튜브를 삽입하는 것을 방지합니다.

사이펀 기압계

사이펀 기압계는 때때로 가장 단순한 수은 기압계에 적용되는 용어이다.한쪽 끝에 같은 직경의 연속 U자형 튜브를 봉입하여 수은을 충전한다.수직인 "U" 위치에 놓이면 수은이 밀폐된 끝에서 떨어져 나가 다른 쪽 끝의 기압에 의해 균형을 이룰 때까지 부분 진공이 형성됩니다."사이폰"이라는 용어는 기압이 사이폰의 작동에 관여한다는 믿음에서 유래했습니다.U자형 튜브의 두 암 사이의 유체 높이 차이는 사이펀의 최대 중간 높이와 동일합니다.대기압 이외의 압력을 측정하는 데 사용될 때, 사이펀 기압계는 사이펀 게이지라고 불리기도 합니다. 사이펀은 아니지만 표준 'U'자형[58] 설계를 따릅니다.사이펀 기압계는 지금도 정밀기기로 [59]생산되고 있다.사이펀 기압계와 사이펀 레인 게이지를 혼동해서는 안 된다.[60]

사이펀병

사이펀 병

사이펀 병(소다 사이폰 또는 아치형[61] 사이펀이라고도 함)은 통풍구와 밸브가 있는 가압 병입니다.병 안의 압력이 액체를 튜브 밖으로 밀어내기 때문에 사이펀이 아닙니다.특별한 형태는 가스유전자였다.

사이펀 컵

사이펀 컵은 스프레이건에 부착된 (매다는) 페인트 저장고이며, 진공 펌프가 [62]페인트를 추출하므로 사이펀이 아닙니다.이 이름은 중력에 의해 공급되는 저수지와 구분하기 위한 것입니다.오래된 용법으로는 컵에서 면 심지나 튜브를 통해 오일을 이송하여 윤활하는 오일 컵이 있는데, 이는 사이펀이 아니라 모세관 작용의 한 예입니다.

왜가리 사이펀

헤론의 사이펀은 중력 구동 압력 [63][64]펌프로 작동하기 때문에 사이펀이 아니며, 언뜻 보면 영구 운동 기계로 보이지만 프라이밍 펌프의 공기가 고갈되면 멈춥니다.약간 다른 구성에서는 헤론의 [65]분수라고도 합니다.

벤추리 사이펀

에듀터라고도 하는 벤추리 사이펀은 사이펀이 아니라 빠르게 흐르는 유체(예: 공기)의 벤추리 효과를 사용하여 낮은 압력을 만들어 다른 오일을 흡입하는 진공 펌프의 한 형태입니다. 일반적인 예가 카뷰레터입니다.압력 헤드 참조.두 번째 오일이 도입될 때 벤추리 목의 저압을 사이펀(siphon)이라고 부르거나 오일이 공기일 때 아스피레이터(aspirator)라고 부르는데, 이는 공기 압력이 사이펀의 작동력이라는 잘못된 인식을 보여주는 예입니다.

시포닉 지붕 배수

이 기술은 중력에 의한 진공[66] 펌핑을 사용하여 여러 지붕 배수구에서 단일 다운파이프로 물을 수평으로 운반하고 유속을 [67]높입니다.루프 배출구의 금속 배플은 공기 주입을 줄여 시스템의 효율성을 [68]높입니다.이 배수 공법의 장점 중 하나는 기존 지붕 배수 [66]공법에 비해 건축 비용이 절감된다는 것입니다.또 다른 이점은 기존 지붕 배수 배관에 필요한 파이프 피치 또는 구배를 제거하는 것입니다.그러나 이 중력 펌핑 시스템은 주로 대형 건물에 적합하며 일반적으로 주거용 [68]특성에는 적합하지 않습니다.

셀프시폰

셀프 사이폰이라는 용어는 여러 가지 방법으로 사용된다.긴 고분자로 구성된 액체는 "셀프 시폰"[69][70]이 가능하며 이러한 액체는 대기압에 의존하지 않습니다.자기 분리형 고분자 액체는 체인의 하부가 체인의 나머지 부분을 위로 끌어올려 꼭대기 위로 끌어올리는 사이펀 체인 모델과 동일하게 작동합니다.이 현상은 튜브리스 사이펀이라고도 [71]불린다.

"셀프 사이폰"은 펌프가 들어 있는 휴대용 사이폰을 설명하기 위해 사이폰 제조업체에 의해 판매 문헌에서 자주 사용됩니다.펌프를 사용하면 사이펀을 시작하기 위해 외부 흡입(예: 사람의 입/폐)이 필요하지 않으므로 제품을 "셀프 사이폰"이라고 합니다.

상부 리저버가 사이펀 파고 높이 이상으로 상승할 수 있는 액체인 경우 리저버 내의 상승 액체는 사이펀을 "셀프 프라이밍"할 수 있으며 장치 전체를 "셀프 사이폰"[72]이라고 한다.프라이밍된 사이펀은 상부 탱크의 레벨이 사이펀 흡입구 아래로 떨어질 때까지 계속 작동합니다.이러한 자생식 사이펀은 일부 우량계와 댐에서 유용합니다.

자연에서

해부학

"시폰"이라는 용어는 흐르는 액체가 포함되거나 구조가 사이펀처럼 생겼지만 실제 사이펀 효과가 발생하지 않기 때문에 인간과 동물의 해부학에서 많은 구조물에 사용됩니다.

사이펀 메커니즘이 혈액순환에 영향을 미치는지에 대한 논란이 있었다.그러나 순환의 '폐쇄 루프'에서는 이 값이 할인되었다. "반대로 순환과 같이 '폐쇄' 시스템에서는 중력이 회로의 상승 및 하강 사지에 균등하게 작용하기 때문에 중력은 오르막 흐름을 방해하거나 내리막 흐름을 유발하지 않는다."는 용어가 사용되지만, "역사적 이유"라는 용어가 사용된다.[73][74]한 가설은 1989년에 [75]기린의 순환에 사이펀이 존재했다는 것이다.그러나 2004년 추가 연구에 따르면 "정압 경사가 없고 유체의 '낙하'가 상승하는 팔에 도움이 되지 않기 때문에 사이펀이 없다.뇌에 관류를 공급하기에 충분한 남아 있는 압력으로 심장에서 머리까지 혈액을 2m 상승시키기에 충분한 기린의 높은 동맥압이 이러한 [74][76]개념을 뒷받침합니다."그러나 2005년에 작성된 한 논문은 이 가설에 대한 더 많은 연구를 촉구했다.

사이펀의 원리는 특정 종에 한정되지 않으며 폐쇄 순환계의 기본 원리가 되어야 한다.따라서, 사이펀 원리의 역할을 둘러싼 논란은 비교 접근법을 통해 가장 잘 해결될 수 있다.다양한 긴 목과 긴 몸집의 동물에 대한 혈압 분석은 계통학적 관련성을 고려하는 것이 중요하다.또한 다양한 중력 스트레스(다른 머리 위치)에서 동맥 및 정맥 혈압 측정과 뇌혈류 측정을 결합하는 실험 연구도 궁극적으로 [77]이 논쟁을 해결할 것이다.

종.

어떤 종들은 사이펀의 전체 또는 일부가 사이펀과 비슷하기 때문에 사이펀의 이름을 따서 붙여졌다.지오시폰은 곰팡이입니다.엽록소문에는[78] 시포노클라다과에 속하는 조류가 있으며 관상 구조를 가지고 있다.Rueellia villosa는 Acanthaceae에 속하는 열대성 식물로 식물 동의어인 Siphonacanthus villosus [79]Nees로도 알려져 있다.

지질학

주요 기사: 섬프(동굴)

동굴학에서 사이펀 또는 섬프는 동굴의 통로가 물 속에 있고 동굴이 동굴 시스템으로 더 나아가기 위해 잠수해야 하는 부분이지만, 실제 사이펀은 아닙니다.

강

강 사이펀은 물 흐름의 일부가 바위나 나무 줄기와 같은 물에 잠긴 물체 아래를 통과할 때 발생한다.방해물 아래 흐르는 물은 매우 강력할 수 있으며, 따라서 카약, 협곡 및 다른 강 기반 수상 스포츠에 매우 위험할 수 있습니다.

베르누이 방정식을 이용한 설명

베르누이 방정식을 사이펀에 적용하여 사이펀의 유속과 최대 높이를 도출할 수 있다.

베르누이의 방정식을 설명하는 주석이 있는 사이펀의 예
상부 저장소의 표면이 기준 표고가 되도록 합니다.
A 지점은 상부 저장소의 표면 아래 깊이 -d에 침지된 사이펀의 시작점으로 한다.
지점 B를 상부 저장소의 표면에서 +hB 높이에 있는 사이펀 튜브의 중간 고점이라고 가정합니다.
C 지점을 상부 저장기 표면 아래의 높이 -h에서C 사이펀의 배수 지점으로 한다.

베르누이의 방정식:

{\ v = 유선형 유속
{\ g = 하향 중력 가속도
{\y\;} = 중력장 상승
{\ P = 유선형 압력
\rho\ ; = 유체 밀도

상부 저장소의 표면에 베르누이 방정식을 적용합니다.상부 탱크가 배수됨에 따라 표면이 기술적으로 하강하고 있습니다.그러나 이 예에서는 저장소가 무한하다고 가정하고 표면의 속도를 0으로 설정할 수 있습니다.또한 표면과 출구점 C의 양쪽 압력은 대기압이다.다음과 같이 됩니다.

(1)

상부 저장소의 사이펀 튜브 시작점 A에 베르누이 방정식을 적용한다. 여기서A P = P, vA = v, y = -d

(2)

베르누이 방정식을 사이펀 튜브의 중간 높은 지점 B에 적용한다. 여기서 P = PB, v = vB 및 y = hB

(3)

베르누이의 방정식을 사이펀이 비워지는 점 C에 적용합니다.여기서 v = vC 및 y = -h입니다C.또한 출구점에서의 압력은 대기압이다.다음과 같이 됩니다.

(4)

속도

사이펀은 단일계이기 때문에 4개의 방정식의 상수는 모두 동일합니다.방정식 1과 4를 서로 동일하게 설정하면 다음과 같이 됩니다.

v에C 대한 해결:

사이펀 속도:

따라서 사이펀의 속도는 상부 저장소의 표면과 배수 지점 사이의 높이 차이에 의해서만 구동됩니다.중간 고점 높이B h는 사이펀의 속도에 영향을 주지 않는다.그러나 사이펀은 단일 시스템이기 때문에 v = v이며BC 중간 고점은 최대 속도를 제한한다.속도를 높이기 위해 배출 지점을 무한히 낮출 수 없습니다.방정식 3은 캐비테이션 방지를 위해 중간 고점에서 양압을 유지하도록 속도를 제한합니다.최대 속도는 방정식 1과 3을 조합하여 계산할 수 있습니다.

PB = 0 설정 및 v에 대한max 해결:

사이펀의 최대 속도:

상부 저장소의 사이펀 초기 진입점의 깊이 -d는 사이펀 속도에 영향을 미치지 않는다.압력A P가 깊이 d에 따라 증가하므로 사이펀 시작점의 깊이에 대한 제한은 식 2에 명시되지 않는다.이 두 가지 사실은 사이펀의 운영자가 사이펀의 성능에 영향을 주지 않고 상부 저장소의 바닥 스킴 또는 상부를 스킴할 수 있다는 것을 의미한다.

이 속도 방정식은 낙하 높이C h의 물체와 동일합니다.이 방정식은 P가 대기압이라고 가정합니다C.사이펀의 끝부분이 표면 아래에 있는 경우 사이펀의 끝부분까지의 높이를 사용할 수 없습니다. 대신 탱크 간의 높이 차이를 사용해야 합니다.

최대 높이

사이펀은 특별한 상황에서 액체의 기압 높이를 초과할 수 있지만(예: 액체가 탈기되고 튜브가 깨끗하고 [80]매끄러운 경우), 일반적으로 실제 최대 높이는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

방정식 1과 3을 서로 동일하게 설정하면 다음과 같이 됩니다.

중간 고점의 최대 높이는 중간 고점의 압력이 0일 때 발생합니다. 일반적인 시나리오에서는 액체가 거품을 형성하고 거품이 확대되어 파이프를 채우면 사이펀이 "파열"됩니다.설정B P = 0:

h에 대한B 해결:

사이펀의 일반적인 높이:

즉, 유선을 따라 압력이 항상 0보다 커 중간 고점 높이가 제한됩니다.

사이펀의 최대 높이:

이것은 사이펀이 작동하는 최대 높이입니다.대체 값은 물의 경우 약 10m(33ft), 표준 압력의 정의에 따라 수은의 경우 0.76m(760mm; 30인치)가 됩니다.높이 비율(약 13.6)은 물과 수은의 밀도 비율(특정 온도에서)과 같습니다.이 조건이 충족되는 한(압력이 0보다 높음) 사이펀 출력에서의 흐름은 소스 표면과 출구 사이의 높이 차이에 의해서만 제어됩니다.압력 헤드가 모든 구간에서 0 이상으로 유지되는 한 기기 내 유체량은 관련이 없습니다.속도가 증가하면 압력이 떨어지기 때문에 정적 사이펀(또는 압력계)은 흐르는 사이펀보다 약간 높은 높이를 가질 수 있습니다.

진공 사이펀

실험에 따르면 사이펀은 액체가 순수하고 가스 제거되고 표면이 매우 [4][81][6][7][82][83][84]깨끗하다면 분자 간의 응집력과 인장 강도를 통해 진공 상태에서 작동할 수 있습니다.

옥스퍼드 영어사전

1911년에 출판된 사이펀에 관한 옥스포드 영어사전(OED)에는 사이펀이 기압에 의해 작동한다고 나와 있다.퀸즐랜드 공과대학의 스티븐 휴즈는 언론에 [85][86][87][88]널리 보도된 2010년[22] 기사에서 이것을 비판했다.OED 편집자들은 "과학자들 사이에서 어떤 견해가 옳은지에 대한 논쟁이 계속되고 있다"고 말했다.우리는 이 논쟁을 올해 [89]말 출판될 사이펀에 대한 완전히 업데이트된 엔트리에 반영할 것으로 기대한다." 휴즈 박사는 9월 [90]말 옥스퍼드 블로그에 올린 글에서 사이펀에 대한 자신의 견해를 계속 옹호했다.2015년 OED의 정의는 다음과 같다.

탱크의 위쪽으로 액체를 운반한 후 스스로 아래쪽으로 운반하는 튜브.액체가 튜브에 주입되면(일반적으로 흡입 또는 침지에 의해) 도움 없이 흐름이 계속됩니다.

브리태니커 백과에서는 현재 사이펀을 다음과 같이 기술하고 있다.

사이펀이라고도 하는 사이펀은 보통 길이가 일정하지 않은 두 다리를 형성하기 위해 구부러진 튜브의 형태로 용기의 가장자리 위로 액체를 운반하고 낮은 수준으로 운반하기 위한 기구입니다.사이펀은 어떤 크기라도 상관없습니다.작용은 중력의 영향(때로는 생각처럼 대기압의 차이가 아니라 진공 상태에서 사이펀이 작동한다)과 사이펀 다리의 액체 기둥이 자신의 무게로 부서지는 것을 방지하는 응집력에 따라 달라집니다.해수면에서는 사이펀으로 10미터(33피트) 이상 물을 끌어올릴 수 있습니다.토목 공학에서, 역사이펀이라고 불리는 파이프라인은 하수나 빗물을 하천, 고속도로 절단 또는 지상의 다른 움푹 패인 곳 아래로 운반하는 데 사용됩니다.대부분의 위생 또는 빗물 [91]하수구에서 발생하는 개방 채널 중력 흐름과는 달리 역사이펀에서는 액체가 파이프를 완전히 채우고 압력을 가하여 흐릅니다.

표준

미국기계공학회(ASME)는 다음과 같은 Tri-Harmonized Standard를 발행합니다.

  • 중력수 옷장 플러시 탱크의 안티시폰 충전 밸브(볼콕) 성능 요건에 관한 ASE 1002/ASME A112.1002/CSA B125.12

「 」를 참조해 주세요.

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외부 링크

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