图2-35 虹吸现象的示意图2.9.2 虹吸现象的原理虹吸现象主要是由于重力和液体分子与分子之间的吸引力而产生的。请简单叙述虹吸现象在工程技术上的应用。请简单叙述虹吸现象的工作原理。......
2023-06-29
水利工程中的虹吸现象
【摘要】：虹吸现象水利工程里的小秘密虹吸原理是人类在饮水灌溉过程中发现的，体现了劳动人民的无穷智慧。在这一节中，我们就来讲述一下虹吸现象这个水利工程中发现的小秘密。虹吸泄洪的这种方法，对于自然灾害频繁的我国来说是极其重要的。虹吸现象在生活中的应用每建一座拦水大坝，首先要保证洪水到来之即该水利工程的安全，但是传统的泄洪工程，需要一整套泄洪设施与之配套，才能使洪水能快速顺利通过。
虹吸原理是人类在饮水灌溉过程中发现的，体现了劳动人民的无穷智慧。早在公元前1世纪，就有人造出了一种奇特的虹吸管，可见这是人类的一种古老发明。在这一节中，我们就来讲述一下虹吸现象这个水利工程中发现的小秘密。
在中国古代称为“注子”、 “渴乌”、 “偏提”或“过山龙”的东西，其实就是应用虹吸原理制造的虹吸管。东汉末年，首先出现了在灌溉用的渴乌。与此同时，西南地区的少数民族用一根去节弯曲的长竹管饮酒，也是应用了虹吸的物理现象。到了宋朝时期，曾公亮《武经总要》记载，人们用竹筒制作虹吸管把峻岭阻隔的泉水引下山。
虹吸原理在中国古代除了应用在农业方面外，还运用在了军事上，这就是唧筒。唧筒首次出现在宋代苏轼《东坡志林》卷四中，四川盐井中用唧筒把盐水吸到地面。明代的《种树书》中也讲到用唧筒激水来浇灌树苗的方法。后来，经过人们的不断改进，唧筒成了战争中一种守城必备的灭火器。
古书中的虹吸原理示意图
中国古代，许多原理仅仅停留在了实际应用的方面，但虹吸原理不同，人们把它上升到了理论高度。在南北朝时期成书的《关尹子·九药篇》说：“瓶存二窍，以水实之，倒泻；闭一则水不下，盖（气）不升则（水）不降。井虽千仞，汲之水上 ；盖（气）不降则（水）不升。”唐代的王冰在《素问》中曰：“虚管溉满，捻上悬之，水固不汇，为无升气而不能降也；空瓶小口，顿溉不入，为气不出而不能入也。”他明确地指出，一个小口的空瓶灌不进水是因为瓶里气体出不来，这即是早期记述得较为清楚的有关大气压力的物理现象。宋代俞琰在《席上腐谈》中补充了前人的发现，说：“予幼时有道人见教，则剧烧片纸纳空瓶，急覆于银盆水中，水皆涌入瓶而银瓶铿然有声，盖火气使之然也；又依法放于壮夫腹上，挈之不坠。”把燃烧的纸片投入瓶里，会使瓶里的一部分空气排出瓶外，瓶内的气压由此减小，形成负压，这时如将瓶子放入水中，大气压力就会使水涌入瓶内；若用类似的方法，则大气压力会使瓶子紧压在人腹部，现在人们熟知的拔火罐，其原理就是如此。由于在正常的大气压下虹吸管的作用比在真空时好，所以人们常常认为虹吸作用完全是由大气压力所产生的。但是事实上，这个看法是不对的，在真空里也能产生虹吸现象。
虹吸原理计算机模拟图
虹吸原理实验器具(www.chuimin.cn)
虹吸现象在实际的生活中应用得非常广泛，比如日常生活中，家里的鱼缸换水，卫生间马桶的应用，汽车司机常用虹吸管从油桶中吸出汽油或柴油，河南、山东一带应用虹吸管把黄河里的水引到堤内灌溉农田，等等。但最对人类有着最重要意义的是虹吸泄洪。虹吸泄洪的这种方法，对于自然灾害频繁的我国来说是极其重要的。虹吸泄洪可以自动运行：当洪水来临，大坝内的水位逐渐升高，当水位达到或超过泄洪水位时——水位与虹吸管顶部持平或稍高，这时洪水流入虹吸管内，把空气排净，使虹吸管处于真空状态，这时虹吸管正常工作。由于出水管的关口与坝内水位落差的作用，产生强大的吸力，使洪水高速飞泻。当水位降到泄洪线以下，进水管口以上，虹吸泄洪仍能正常运行。当水位降到安全水位线——虹吸管的进水口露出水面，虹吸泄洪就自动停止，但当洪水再度升高到泄洪水位时，虹吸管再度自行排洪。
虹吸现象在生活中的应用
每建一座拦水大坝，首先要保证洪水到来之即该水利工程的安全，但是传统的泄洪工程，需要一整套泄洪设施与之配套，才能使洪水能快速顺利通过。而具有宽而深的引洪道、钢铁铸造的巨型闸门、大型起吊闸门等等设备庞大笨重且耗资巨大，技术含量高，寿命短，不易维护。如果改用虹吸泄洪，根本就不需要以上的投资，仅仅只建造数根虹吸管和相配套的小功率抽气机就可以了。
安装在水库的特大型虹吸管
虹吸自动冲水器
公厕中的便池需要定时用水冲洗，但是公厕一般无人值守，可又不能让水无节制地哗哗直流，因此，就可利用虹吸原理设计一种自动装置，调节放水阀门，让水细细地流进下面的容器，当容器中的水面超过弯管顶部时，弯管中便充满了水，下端放水口就有水流出冲洗便池，容器中水面不断下降，但只要没有低于弯管的上端口，水就会继续流出，直到上端口露出水面，水流就会停止，这段时间就是虹吸的作用。调节弯管上端口的高度，可以改变每次冲洗的出水量；调节放水阀门放水量的大小，可以改变两次冲洗的时间间隔。
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2023-11-19
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