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加油枪为什么和加油站的工作人员如此默契
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2023.03.02 河南

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加油枪为什么和加油站的工作人员如此默契?当油箱加满时,伴随“咔哒”一声,加油枪会自动跳枪(自动关闭),燃料油完全不会溢出来。你可能觉得,这是使用了某种电子传感器,但实际上,它依靠的是文丘里效应和独特的内部机械结构。

越“快”越“小”——何为文丘里效应

文丘里效应是由意大利物理学家文丘里发现的,它表现在受限流动(如水管内流动的水)通过缩小的过流断面(流体通道的截面积)时,流体出现流速增大的现象,其流速与过流断面成反比,即断面面积越小流速越大。而根据伯努利定律,流速的增大伴随流体压力的降低,即常见的文丘里现象。

文丘里效应在我们的生活中随处可见:用手堵住正在出水的水龙头,从缝隙中流出来的水速度会突然增大;刮风时,两栋高大建筑物之间的风,风速会明显变大。

加油枪也是运用了文丘里效应。如图所示,加油枪的进气嘴连接了一条细长的导管,导管直通加油枪的自封机构上方。加油枪启动时,燃料油流经副阀(缩小的过流断面,即图中的2处),流速增大,压力减小,导管内(图中的3处)的空气在压力差的作用下不断地被“吸”入燃料油里。

油箱未满时,进气口与外界大气相连通,空气能够得到源源不断地补充,自封机构上方空间(图中的1处)内的压强不会产生明显变化。但当燃料油被加满时,进气嘴与外界的连通被切断,空气不断地流失,导致导管和与其相连的自封机构上方空间的压强不断降低,当压强降低到一定程度时,自封装置就会启动。

杠杆原理与压强的配合

那么,自封装置是如何被启动的呢?这就与加油枪内部的机械结构密切相关了。

为了更加清晰地展示机械结构部分的作用过程,我们单独将它拆解出来,用简化图来表示,大体结构如图1所示。自封机构、开关把和主阀三者构成了以A为支点,主阀为阻力的杠杆1;以B为支点,自封机构为阻力的杠杆2。

在加油枪启动时,自封机构如图1所示,滚珠被块状物阻隔在自封杆的外缘,刚好将自封杆卡住,阻止它继续向下移动,因此A点是固定的。以A为支点,撬动主阀(阻力臂)向上移动,燃料油的通路就被打通了(如图2所示)。

自封机构上方空间与自封机构之间以一张自控膜分隔开来,自控膜下方连接有一根长锥形的块状物体。如前文所述,当油箱加满时,自控膜上方的压强不断降低,在压差的作用下自控膜带动块状物向上移动,原本被卡在两边的滚珠掉落到凹槽中间。失去了滚珠的支撑,中间的滑块就降落下来。这时,A点不再固定,开关把和主阀向下移动,实现了油路切断(如图3所示)。

将加油枪从油箱中取出后,把开关把向下压动,此时B点是固定的,成为杠杆2的支点,A点在支撑力的作用下向上移动。而且自控膜上方的空气再次与外界空气相连通,压差消失,自控膜带动块状物向下移动,以此实现加油枪复位。

小小加油枪里蕴藏了这么丰富的物理学知识,只要你有一双善于发现的眼睛,这样的例子在我们的生活中比比皆是。

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