thumb|Schemat lewara Lewar hydraulicznyPojęcie „lewar” jest wieloznaczne; w języku polskim oznacza również: „dźwigniki” o różnej konstrukcji, wielkości i napędzie, wśród nich np. podnośnik hydrauliczny. zamknięcie wodne m.in. instalacji kanalizacyjnej lub analogiczne zamknięcia odcinków korytarzy jaskiniowych (zob. syfon (speleologia)), fragmenty instalacji wodno-kanalizacyjnych, w których strumień wody płynie (np. rurociągiem) z do obszaru niżej położonego przez lokalne obniżenie terenu (np. pod dnem rzeki) grubościenna butlę z napojem gazowanym. – urządzenie hydrauliczne w postaci wypełnionej cieczą rury o dwóch ramionach, służące do grawitacyjnego przelewania cieczy ponad przegrodą; jest rurociągiem, w którego krótszej części ciecz wznosi się ze zbiornika górnego nad przegrodę, a w dłuższej – spływa do zbiornika dolnego.
Elementy hydrodynamiki Lewary są rurociągami, ciecz płynąca w nich spełnia równanie Bernoulliego. Problemy dodatkowe są związane ze specyfiką konstrukcji – ciecz spływająca grawitacyjnie ze zbiornika górnego do dolnego przebywa część drogi w rurociągu wyniesionym ponad powierzchnię w zbiorniku górnym. W tej części rurociągu panuje ciśnienie mniejsze od ciśnienia zewnętrznego. Aby ruch wbrew siłom grawitacji był możliwy, w krótszej części lewara musi wystąpić efekt ssania, spowodowany grawitacyjnym spływem w części dłuższej (zob. ciśnienie hydrostatyczne). Przyczyną ssania są siły wzajemnego przyciągania cząsteczek cieczy, warunkiem działania lewara jest więc zachowanie ciągłości strugi, a w związku z tym:
thumb|upright=1.8|Zasada działania lewara pa – ciśnienie zewnętrzne, H – różnica poziomów zbiorników, Z – wyniesienie ponad powierzchnię cieczy w zbiorniku górnym.
lewar musi być całkowicie wypełniony cieczą (zainicjowanie działania przez zassanie lub zalanie), muszą być spełnione warunki konstrukcyjne, w których nie będzie dochodziło do przerywania strugi wskutek parowania cieczy lub jej odgazowania (np. wydzielania się nadmiernej ilości pęcherzyków powietrza rozpuszczonego w wodzie).
Niepożądane odparowanie i odgazowanie cieczy może wystąpić w najwyższej części rurociągu, gdzie panuje najmniejsze ciśnienie, które sprzyja parowaniu (zmniejsza prężność pary nasyconej) i odgazowaniu (zmniejsza rozpuszczalność gazów).
Obliczenia konstrukcyjne wykonywane są przy założeniach upraszczających: przepływ jest stacjonarny, a ciecz jest nieściśliwym płynem idealnym, ciśnienie nad swobodną powierzchnią cieczy w zbiorniku górnym i w punkcie wypływu jest jednakowe (zwykle równe ciśnieniu atmosferycznemu, w warunkach normalnych 1013 hPa), lewar ma stałą średnicę, która jest na tyle duża, że można pominąć różnice ciśnień między punktami przekroju rurociągu, prędkość obniżania się poziomu cieczy w zbiorniku jest znikomo mała w stosunku do liniowej prędkości wypływającej cieczy.
Zasada zachowania energii, zastosowana przy tak sformułowanych założeniach, prowadzi do stwierdzenia, że niezależnie od kształtu naczynia, prędkość cieczy wypływającej z lewara wynosi:
Wysokość wyniesienia rurociągu nad górną powierzchnię swobodną przy której nie zostanie osiągnięte ciśnienie odpowiadające wrzeniu cieczy określa wzór:
gdzie: – różnica między poziomem powierzchni cieczy w zbiorniku górnym i poziomem punktu wypływu, – przyspieszenie ziemskie.
Z powyższego wynika, że ilość cieczy wypływającej lewara zależy od pola przekroju lewara i różnicy poziomów cieczy.
W dokładniejszych analizach rozpatruje Równanie Bernoulliego, zmiany ciśnienia wywołane płynięciem cieczy, straty energii w przepływie cieczy rzeczywistej. Dodatkowe założenia zmniejszają maksymalną wysokość wyniesienia rurociągu nad górną powierzchnię swobodną przy których nie zostanie osiągnięte ciśnienie odpowiadające wrzeniu :
gdzie: – ciężar właściwy cieczy w lewarze.
Transportowanie cieczy uwalniających gazy wymaga specyficznych metod obliczeń i rozwiązań technicznych. Wydzielanie się powietrza ma charakter burzliwy, co wywołuje wtórne lokalne zmiany ciśnienia oraz związane z tym zjawiska korozji kawitacyjnej i drgania akustyczne. Skutkiem gromadzenia się powietrza w najwyższej części lewara jest stopniowe zmniejszanie się przekroju strugi cieczy, aż do jej przerwania. Opracowano rozwiązania techniczne, które umożliwiają przeciwdziałanie tym efektom; stosowane są np. samoczynne głowice odpowietrzające, działające np. z wykorzystaniem zwężki Venturiego.
Przykłady zastosowań thumb|left|Przykład zastosowania zasady naczyń połączonych – lewar i „odwrócony lewar” (syfon) thumb|left|Proces lewarowania płynu w małej skali lewarka Lewary są powszechnie stosowane w technice sanitarnej, np. jako element: ujęć wody w instalacjach wodociągowych, urządzeń umożliwiających zrzuty wody ze zbiorników retencyjnych lub polderów przeciwpowodziowych (do rzeki, po obniżeniu się jej poziomu), przelewów ścieków kanalizacji, w tym np. samoczynnych spłuczkach toaletowych.
W gospodarstwie domowym lewary są stosowane np. do zlewania win znad osadu lub oczyszczania akwarium.
Uwagi
Przypisy
Bibliografia
Kategoria:Hydraulika Kategoria:Urządzenia