Kenntnisse der Strömungsmechanik
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Ich möchte fragen: Wenn man den Wasserfluss am Hahn reduziert, ist die Wassermenge sehr gering – es fließt kaum Wasser, eher nur in Form von Tropfen. Die Fließgeschwindigkeit ist also sehr langsam. Doch warum ist die Fließgeschwindigkeit dann groß, wenn man den Hahn mit der Hand bedeckt – auch wenn er nicht vollständig abgedeckt wird?
Wenn deine Hand die Öffnung vollständig bedeckt, wird kein Tropfen herauskommen – oder nur ganz wenig. Wenn der Wasserdruck konstant bleibt, erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit, wenn sich die Querschnittsfläche ändert. Wenn der Hahn sehr eng geschlossen ist, ist der Verlust durch den Hahn sehr groß. In diesem Fall verringert sich die Strömungsgeschwindigkeit – wenn der Hahn ganz geschlossen wird, fließt überhaupt kein Wasser mehr. Deine Hand ändert nur die Querschnittsfläche – der Einfluss auf den Druck ist nicht sehr groß.
Versuchen Sie, das zu erklären – wir können gemeinsam über die Fehlerpunkte diskutieren: Angenommen, die Auslassfläche des Hahns beträgt A, und die Durchflussfläche an der Drehverstellung, wenn der Hahn vollständig geöffnet ist, beträgt B. Je nach Öffnungsgrad des Hahns liegt die Durchflussfläche am Knopf zwischen null und B. Angenommen, man verschließt den geöffneten Wasserhahn mit der Hand. Dann beträgt die tatsächliche Auslassfläche des Wasserhahns C. Der Durchfluss wird dabei mit Q bezeichnet. Die Ausflussgeschwindigkeit entspricht dann Q/C. Wenn man den Hahn so einstellt, dass die Durchflussfläche am Knopf den Wert C hat, dann wird der Durchfluss als Q bezeichnet. Wenn der geöffnete Hahn nicht mit der Hand blockiert wird, fließt das Wasser schließlich durch die Auslassfläche A des Hahns heraus. (In dem Fall, in dem der Wasserdurchfluss so gering ist, dass er die Rohrleitung nicht vollständig füllen kann, handelt es sich um einen anderen Sonderfall.) In diesem Fall entspricht die Ausflussgeschwindigkeit dem Wert Q/A. Da die tatsächliche Auslassfläche C des offenen Hahns bei Verdeckung mit der Hand weitaus kleiner ist als A, gilt, dass Q/C weitaus größer ist als Q/A. Das bedeutet, dass bei Verdeckung des offenen Hahns mit der Hand (ohne ihn vollständig zu blockieren) die Strömungsgeschwindigkeit sehr hoch ist. Wenn man mit der Hand einen Hahn in beliebiger Öffnungsstufe blockiert, verringert sich der Durchfluss. Da jedoch die Fläche, durch die das Wasser fließen kann, noch stärker abnimmt, erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit. Wenn der Hahn vollständig geöffnet wird, erhöht sich aufgrund der größeren Durchflussfläche am Knopf der Widerstand. Dadurch steigt die Durchflussmenge. Da die Auslassfläche des Hahns unverändert bleibt, erhöht sich somit die Ausflussgeschwindigkeit des Wassers.