虹吸效应是什么意思（虹吸效应是什么意思啊）

虹吸管是一种弯曲管，用于将液体从高液位输送到低液位。液体通常从高液位流向低液位，但虹吸效应可以将液体从高液位移至较高液位，然后又返回较低液位。这种效应是可能的，因为在较高的液位下，液体表面的空气受到加压，推动液体。

虹吸效应如何发挥作用？

C点是虹吸管的最高点，称为峰顶。由于c点位于A罐中水的自由液面上方，因此c处的压力将小于大气压。

理论上，c的压力可以降低到-10.3m水柱，但实际上，这个压力仅为-7.6m水柱或2.7m绝对水柱。

当c处的压力小于绝对水的2.7m时，溶解的空气和其他气体就会从水中逸出并聚集在峰顶。

水流将会被阻塞。

虹吸效应是谁发明的？

人类使用虹吸管已经有几个世纪了。虹吸管最早出现在古埃及艺术中。它描述了他们使用虹吸管从大型酒罐中提取葡萄酒。他们巧妙地利用虹吸管将酒与表面杂质和底部渣滓分离。

希腊数学家亚历山大的希罗是第一个描述虹吸效应的人。他进行了许多实验，并将这些实验记录在他的工程论文“气动学”中。

虹吸效应用在什么地方？

如今，虹吸管由于其低功耗和简单的结构而享有广泛的应用。它们通常用于家庭应用，例如抽水马桶、啤酒水龙头和简单的花园洒水器。

虹吸管还大规模用于农业地区的灌溉。由于能耗低、成本低，它们非常适合将水从水源长距离输送到肥沃的干旱山谷。

虹吸效应背后的科学原理是什么？

人们提出了许多理论来解释虹吸管的工作原理。直到今天，关于虹吸效应的确切原因仍然存在激烈的争论。但科学家得出结论，这是两个因素造成的。大气压和链理论。

大气压理论是描述虹吸效应的早期理论之一。其理论是，当液体通过管道吸入时，吸入作用会在管道内产生压力差，从而在最高点形成低压区。这种压力差导致液体从储层表面的高压区域流向最高点的低压区域。该理论的主要缺陷是虹吸管已被证明可以在高真空（没有空气，没有大气压）下工作。

最近提出的理论是重力和内聚力共同作用的理论。它是基于链模型的。该模型将流体视为通过内聚键连接在一起的链。链条首先被另一种力向上推过管道，直到通过弯曲处，然后重力接管，将整个流体向下拉，就像链条上的滑轮一样，直到储液器变空。这一理论也被驳回，因为虹吸管是为低内聚力或弱内聚力的流体而设计的。

如今，工程师结合使用这两种理论来解释不同条件下的虹吸效应。

在对虹吸管中的流体进行建模时最常用的数学近似是伯努利理论。

这在数学上表示为：

其中v=局部速度，g=重力加速度，P=压力，y=到储层表面的垂直距离，=流体密度

该方程将整个虹吸管建模为一个系统。

假设水库中有一台潜水泵，高度为RL+5m。水从RL+8m处抽出墙外，并在RL0m处排出。让我们找出当管子用作虹吸管时出口处的排气速度。

为了找到这一点，我们将伯努利方程应用于方程组中的三个点：

1.水库表面。point3是最高的。放电点

假设泵用于启动虹吸，并且一旦开始流动就关闭，则由于摩擦和其他影响造成的损失可以忽略不计。

表面(2):

速度Vs=0m/s（我们将储层表面建模为无穷大）

压力Ps=Patm（大气压）距地面距离(y)=0m

最高点(h(3)):

在h处，速度=vh压力=Phpatm距表面的距离yh=8m5m=3m。

最低点(d(4)):

压力=Ph=patm距地面距离=0-5=-5m

为了求出速度Vd，我们将(2)和(4)等式并得到：

然后我们有

代入数值解可得速度为9.9m/s

然而，维持虹吸管的条件是有限的。维持虹吸管的主要限制是空气。虹吸管必须密封，因为系统中过多的空气会破坏虹吸管运行时的真空。

另外，虹吸管的高度还受液体的蒸气压和当地大气压的影响。例如，为了维持从海平面水库抽水的虹吸系统，水库表面与管道最高点之间的距离不应超过10米。

当管道最高点超过10m时，最高点处的压力等于水的蒸气压。当这种情况发生时，水开始沸腾，破坏了液体链的内聚力，从而中断了虹吸。有趣的是，更高的虹吸管已被用来对水进行除气。

摩擦力如何影响虹吸？

在虹吸管中，当虹吸管充满水时，入口、出口和管内壁的摩擦力以及水的惯性力往往会对流动产生阻力。但这通常可以通过吸力来克服，因为在大多数实际应用中，在虹吸开始之前，管通常被外力填充。

当流体开始流动并且仅由虹吸管提供动力时，由于摩擦而产生的水头损失成为虹吸管提供的流速的函数。摩擦引起的水头损失随着流速的增大而增大，即随着湍流度的增大，摩擦引起的损失也增大。由于摩擦损失是流速的函数，因此它不会阻止流动，只会减慢流动速度。

为了找出摩擦引起的速度下降，我们将阻力系数K引入方程中以考虑摩擦引起的损失。

K=(f*L/D)+1.9（其他来源）………….(6)

其中：f=管道摩擦系数（铁=.019、钢=.013、塑料=.007）L=变化（运行长度），(m)d=管道内径(m)

因此，修改式(5)，得到流速(m/s):

虹吸如何影响泵输送系统？

正如我们在上面的章节中所看到的，虹吸效应在农业、工程和一般日常应用中有很多用途。但在某些系统中它也可能成为一个问题。

在某些泵系统中，虹吸效应可以与某些管道配置串联使用，以增加压头，但如果设计不当，也会引起某些问题。

它在系统中是如何发生的？

由于管道的配置，泵送系统中可能会发生虹吸现象。虹吸管由蓄水池和排放点之间的垂直距离驱动。当排放点低于水库或泵站时就会发生这种情况。

虹吸管中获得的流量和体积流量由泵点和排放点之间的垂直距离驱动。距离越远，流量越大。

虹吸会导致哪些类型的问题？

我们以上面例子中的潜水泵为例。假设水泵注满游泳池并在达到一定水位后关闭。由于蓄水池和排水点的布置，即使关闭水泵，水也会继续流动，导致游泳池溢出。

如果我们颠倒配置，就会出现另一个问题，水泵是将水从较低的水库移至较高的“游泳池”。水泵关闭后，由于没有净压差，水从低侧流向高侧，水池中的废水开始流回储水池。这称为反虹吸，这是一个重大的公共卫生问题，因为危险的污染物可能被吸入水系统。

针对这些问题我们该如何设计呢？

解决这些问题有多种设计方法，最常见的方法通常是将阀门与流量对齐。这些阀门的一些示例如下：

电磁阀：这是一种电控阀，可在泵停止时立即切断管道中的水流，从而有助于防止溢出。

止回阀：当该阀与流量保持一致时，还可用于防止反虹吸。其特殊的配置有助于确保流动仅在一个方向。它通常放置在泵后面，以防止泵回流。

但在某些情况下，电磁阀/止回阀可能太昂贵或不适合设计。

在这种情况下，使用空气/真空组合断路器阀。空气/真空截止阀通常安装在系统的最高点。它有两个目的，从系统中去除多余的空气并防止压力积聚，同时允许空气进入系统以打破真空并消除虹吸效应。

对于数百米长的复杂管道，需要在管道长度的不同位置安装不同形式和尺寸的阀门，以提供适当的通风。但对于简单的设计，如上所述，可以使用简单的真空截止阀。它必须安装在最高点，并且必须使用适当的尺寸。

如何确定空气/真空阀的尺寸：

在确定空气/真空安全阀的尺寸时，大多数工程师使用标准经验法则：每0.3m的管道直径使用25mm的阀门直径。

但对于需要精细控制的更复杂的应用，大多数阀门公司都会发布有关如何正确选择和安装其产品的白皮书和规范。