液体底部压力计算公式
坐在游轮甲板上欣赏夕阳的时候,你有没有注意过巨轮两侧那些源源不断向外喷水的孔洞?
这些小喷口就像是海上巨无霸的汗腺,一路航行,一路流“汗”,这究竟是怎么回事?
其实这些“漏洞”,不仅没有危害,反而发挥着多种重要功能,是轮船设计中不可或缺的一部分。
它们主要用于排出两种水——压载水和冷却水。
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一、海浪中的稳定“砝码”
所谓压载水,是指在轮船各舱室为空载或者载重较轻时,为了增大船体的稳定性而特意注入的水。
受制于巨轮庞大的体型,若不注意载重分布和重心控制,稍不留神就会在狂奔中翻个底朝天;因此,适量的压载水就成了一种保持稳定性的“无形砝码”。
那么,压载水的工作原理到底是什么呢?要知道,轮船的稳定性是由多个参数决定的,比如横摇周期、重心高度、初稳性横摇角等。
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这些名词听起来非常高大上,其实就是判断一艘船是否容易被风浪推倒的几个关键指标。
当这些参数值过高或过低时,都会导致轮船在风浪中的摇晃幅度过大,严重影响行进安全性。
通过精确的计算公式,轮船操作人员可以确定在不同载重和作业条件下所需的压载水量。
比如满载集装箱的轮船压载水量大约是船体排水量的17%,而对于油轮等液体运输船来说,这个比例则可能高达30%左右。
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然后,借助船身内部错综复杂的管网系统,从海底阀门汲取海水注入专门的压载水舱。
如果风浪太猛,压载水多一些;如果航行平稳,也可以适当排出一部分。
经验丰富的船长可以灵活调节,让巨轮始终保持最佳运动状态。
所以说,压载水对于海上巨轮的重要性不言而喻。
它就像轮胎上的高浮力气囊,能保护司机在意外情况下免受更严重伤害。
如果没有压载水这层安全气囊的保护,巨浪对船体的伤害可能要严重得多。
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只不过,这位“保姆”偶尔也会惹是生非,成为外来生物入侵的帮凶。
外来生物是怎么混上巨轮的?就是靠压载水这个“免费船票”。
虽然航海公司会对压载水进行处理,但仍有极个别顽强的外来微生物侥幸躲过检查,搭上了去往新大陆的免费游轮——上个世纪,中国的脉红螺就是这样通过轮船压载水,从亚洲一路蹦跶到了美洲和欧洲。
于是,本该借机出国打工挣外快的脉红螺,反而成了不受欢迎的非法“海外劳工”,到处惹是生非危害当地渔业,最后不得不重操旧业回国卖贝壳赚辛苦钱。
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事实上,脉红螺只是众多外来入侵生物中的一种。
近年来,随着全球贸易联系和旅游业快速增长,轮船压载水成为外来生物“搭便车”扩散的重要途径之一。
这些外来生物进入新生态系统后,很容易没有天敌,快速繁殖扩张,成为新的入侵物种。
比如20世纪80年代,大量缅甸薄壳蚬就乘坐商业轮船的压载水,从原产地转移到了美国西海岸。
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这种贝类对当地的贻贝和牡蛎造成了巨大的生存压力,严重影响了美国部分地区的渔业经济。
逃脱而出的外来生物,就是一次难以控制的“生物战争”。
为了遏制外来生物入侵扩散,国际海事组织于2004年制定了专门的压载水管理公约。
该公约要求,所有进入外国港口的轮船,都必须在起航前对压载水进行彻底处理,确保其中不存在任何活生物,然后才能合法排放。
这项要求于2017年正式生效实施。
一些重点港口还建立了大型的压载水接收处理系统,强制要求停靠轮船必须将压载水全部抽走并进行消毒,方可起航,从源头切断生物传播链。
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这种系统使用浓度极高的臭氧气体,可有效杀灭包括病毒在内的各类微生物。
新加坡环球港的压载水中心日处理能力达3000吨,配置有巨型储存罐和自动化臭氧消毒系统,确保绝对安全。
该中心主任表示,系统运行5年来,已经为超过6000艘次货轮和油轮提供压载水接收和处理服务,有效保护了新加坡生态环境的完整性。
而对于避免外来生物入侵,最根本的办法还是在轮船压载水系统中设置过滤和消毒装置。
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这类设备会在船舶起航前自动启动,使用超细密度滤网,结合强效氧化剂如漂白粉溶液,可有效去除99.99%的异种生命体,实现压载水的高效净化。
这就像给水龙头装上精密过滤器,让你喝上放心水。
当然,完全杜绝任何微小入侵物种的可能性还存在很大难度,但随着检测和处理技术的不断进步,我们已经能很好控制这类风险。
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况且,现代轮船的设计和操作也更加科学化,压载水的利用效率大大提高,排放量比以前减少了90%以上。
所以作为旅客的我们,完全不必担心巨轮上那些源源不断向外排放的压载水。
它们里面100%没有脉红螺这类的非法偷渡客,更不会突然蹦出个哥斯拉爬上甲板。
只要坐在甲板上欣赏夕阳,让海风吹走一天的疲惫,就是最好的享受。
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二、发动机的“导热神器”
那么除了压载水,巨轮身上那些不停流水的“汗腺”,还有什么其他用途呢?这就要说到轮船冷却水系统的神奇设计了。
要知道,驱动数万吨排水量的巨轮,可不是电动车路过给你个推就可以让它起步的。
轮船需要强大的发动机提供动力,而发动机在高强度、长时间运转过程中,必然会产生大量的热量。
比如世界上最先进的郑和轮巨型货轮,它那9台12,000马力的柴油机组一起运转,热量之大,简直可以直接烤一头牛。
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要是不及时散热,整艘船迟早会被自己的“体温”给融化。
更严重的是,发动机过热还会引起爆炸等严重事故。
所以,设计师们为巨轮配备了一套完善的冷却水系统,通过源源不断的水流帮助散热,降低温度。
它就像一台超级计算机,通过复杂的管道系统确保各关键部件温度适宜,否则整艘船就可能突然陷入瘫痪,后果不堪设想。
常见的轮船冷却系统可以分为三类:
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开放式冷却水系统,直接利用海水作为冷却介质。
这相当于直接用手里的矿泉水瓶贴在发热的手机壳上降温——最直接有效。
其结构简单,海水从底部水泵进入,流经发动机冷却水套后直接排出。
不过长期海水浸泡也会腐蚀发动机零部件。
闭式冷却系统则使用淡水或专用油液循环流动,中间绝不与海水接触,以避免腐蚀问题。
这就像给手机套上塑料防护壳再散热,多一重保护,当然热交换效率会低点。
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此类系统使用淡水或低毒性液体作为工作流体,在管道和热交换器内循环流动带走热量。
因此很多大型轮船会选用第三种:中央冷却系统,既避免直接腐蚀,又通过辅助回路确保足够的散热效率。
这相当于高端游戏本,不仅机身和零部件都包覆隔热和防水材料,还配备独立的大型散热器,无论多“高负荷”都不会出现任何卡顿。
中央系统包含内外两个回路,内部使用淡水或低毒液体,由主循环泵驱动循环流动;外部回路则利用透平式海水泵抽入大量海水,接收从内回路传出的热量后排出。
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两个系统通过巨型铜钢板式热交换器严格分离。
这就像煤矿里的安全氧气系统,外部空气无法进入,但热量可以快速散出。
要知道,大型邮轮或油轮的主发动机功率可以高达108兆瓦,相当于10万辆小汽车的总和!全速运转时的耗能难以想象。
仅世界第一大型游轮“海洋辉煌号”的3台柴油机,就需要每小时3000吨海水帮助冷却,数千条管道,数百个阀门和泵不停运作,才能确保系统安全。
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一旦这些“管道”发生故障,后果不堪设想。
历史上就曾发生过多起因冷却系统失灵导致轮船严重事故的案例。
20世纪60年代,一艘散货船的冷却水泵突然停转,仅2小时之内,主机温度就从正常工作的270华氏度猛增到700°C,最终发生爆炸起火,仅20分钟整艘船就沉入大西洋。
为避免腐蚀和生垢积累对管道系统的破坏,轮船厂家也在冷却水中加入了各类抑制剂和清洗剂。
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这些助剂材料经过严格审核,确保对海洋环境无重大影响后才获批使用。
有的公司还使用先进的氧化还原电位控制系统,通过电解自动生成的活性物质清除垢层。
所以说这些看似无关痛痒的小“漏洞”,其实都是大功臣。
它们工作起来就像巨轮心脏再造外科的优秀护士团队,不停为“输送”海水“扩管道”,确保动力系统安全平稳。
没有了这些小小的设计和流程,我们的海上之旅就不会那么完美。
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三、其他环境影响
除了压载水和冷却水,这些小孔洞还会排放生活污水、清洗水、消防水等,这些也会对环境带来一定影响。
不过国际海事组织早已颁布了严格规定,船舶所有废水排放前必须达到严格的处理标准。
所以作为游轮上的尊贵乘客,请千万不要担心日夜不停流向外的这些水会带来污染。
相反,正是有了这套完整的循坏利用系统,巨轮才能平稳高效、绿色环保地运转,带我们在蔚蓝海面上尽情放松身心。
当你再次看到船身两侧的小水柱时,不妨在心里默念一句:“辛苦啦!”。
是它们让我们的海上之旅精彩而又安全,感谢背后默默付出的每一个设计师、工程师和海员!
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参考资料
水上物流网,船舶艉轴管冷却水(船用发动机冷却系统图解),2022-10-13
唐议, 苏舒.防控船舶压载水造成的生物入侵的管理问题[J]. 上海海洋大学学报, 2015, 24(1):130-137.
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麻强宰762水对容器底部的压强公式
曲胖常18046163787 ______ 水对容器底部的压强公式是P=ρgh.水对容器底部的压强是液体压强,液体压强简称液压,是指在液体容器底、内壁、内部中,由液体本身的重力而形成的压强.帕斯卡“裂桶”实验可以很好地证明液体压强与液体的深度有关,因为液体的压强等于密度、深度和重力常数之积.在这个实验中,水的密度不变,但深度一再增加,则下部的压强越来越大,其液压终于超过木桶能够承受的上限,木桶随之裂开.
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麻强宰762容器底部受到的压强如何计算 -
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麻强宰762...液底受到的压力:F=______=______=______.液底受到的压强:p=______=______.(2)液体压强公式______.(3)注意:A、公式适用的条件为:计算___... -
曲胖常18046163787 ______[答案] 设液底一平面在静止液面下的深度为h,平面的面积为S;(1)这个液柱的体积 V=Sh;液柱的质量 m=ρ 液 V=ρ 液 Sh;这个液柱的重力也就是对液底的压力 F=G=mg=ρ 液 gSh;液底平面受到的压强 P= F S =...
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麻强宰7623米高的水,对底部有多大压力?请提供具体的计算方法,最后单位为千克/平方厘米. -
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曲胖常18046163787 ______[答案] 可以先算出液体压强,推导公式P=ρgh,再用F=PS算出液体压力【S为受力面积】~
麻强宰762初中物理压力压强公式总结尽量全一点,简单一些(我们后天模考) -
曲胖常18046163787 ______[答案] 压强 p = F / S p =ρg h p = F / S适用于固、液、气 p =ρg h适用于竖直固体柱 p =ρg h可直接计算液体压强 1标准大气压 = 76 cmHg柱 = 1.01*105 Pa = 10.3 m水柱 浮力 ① F浮 = G – F ②漂浮、悬浮:F浮 = G ③ F浮 = G排 =ρ液g V排 找出合适的公式计算...
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曲胖常18046163787 ______ 容器壁垂直于地面的(圆柱,棱柱等),理解为液体的重力的大小即为对底部压力的大小 不垂直的,只能用f=ps计算
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曲胖常18046163787 ______[答案] 由P=F/S是可以推导出 P=ρ*g*h,但这是在液体容器为规则均匀的柱体容器的前提下推导出来的,所以公式 P=F/S的使用条件仅适用于这种柱体容器.但 P=ρ*g*h这个公式根据液体本身的特性(易流性,连通器原理、帕斯卡定律等)可以推广到任意形...