虹吸泄洪

虹吸泄洪

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每建一座攔水大壩，首先要保證該水利工程的安全。洪水到來之即，使洪水能快速順利通過，就需要一整套泄洪配套工程，傳統(tǒng)的泄洪工程，技術(shù)含量高、設(shè)施龐大：具有寬而深的引洪道、鋼鐵鑄造的巨型閘門、大型起吊閘門設(shè)備等等，這些設(shè)施笨重而耗資巨大，壽命短、不易維護。如果改用虹吸泄洪，根本就不需要以上的投資（并能克服以上缺點），僅僅只建造數(shù)根虹吸管和相配套的小功率抽氣機就可以了。

我們知道，虹吸管正常運行條件，是管頂部與壩內(nèi)水面不超過十米（一個工程大氣壓），我想大多數(shù)大壩，安全水位與泄洪水位不會超過十米，也就是說基本上所有的大壩，都可用這種方法泄洪。

說起來很簡單，就是在堤壩中間，根據(jù)需要的橫截面積，橫向建造幾道虹吸管就可以了。 進水口設(shè)在壩內(nèi)安全水位線下，出水口設(shè)在壩外的底部（盡量提高出水孔與壩內(nèi)水位的落差），虹吸管頂端處在泄洪水位線上。并在虹吸管的頂部開一小孔與抽氣機相連。壩外的出水口應(yīng)建造一個蓄水池（既可盛水密封虹吸外管：保證抽氣時虹吸管真空，又可作為出水消能池）。

虹吸泄洪可以自動運行：當洪水來臨，大壩內(nèi)的水位逐漸升高，當水位達到或超過泄洪水位時——水位與虹吸管頂部持平或稍高，這時洪水流入虹吸管內(nèi)，把空氣排凈，使虹吸管處于真空狀態(tài)，這時虹吸管正常工作。由于出水管的關(guān)口與壩內(nèi)水位落差的作用，產(chǎn)生強大的吸力，使洪水高速飛瀉。當水位降到泄洪線以下，進水管口以上，虹吸泄洪仍能正常運行。當水位降到安全水位線——虹吸管的進水口露出水面，虹吸泄洪就自動停止。但當洪水再度升高到泄洪水位時，虹吸管再度自行排洪。

虹吸管不僅能全自動泄洪，還有很方便的可控性：裝上抽氣機，在虹吸管正常工作范圍（水位在安全水位線與泄洪水位線之間）內(nèi)都可以，隨時利用抽氣機把虹吸管抽成真空，提前泄洪；利用抽氣機管道的進氣閥門，隨時打開，停止泄洪。

虹吸管不僅可以用于大壩的泄洪，而且最適應(yīng)水力發(fā)電的進水管道。用抽氣機的抽氣使虹吸管輸水，或進氣停水，使水力發(fā)電設(shè)備隨時開機或關(guān)機。再一，發(fā)電機在運行過程中，可以輸入一定的進氣量，控制輸水管的流量，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機的輸出功率。2100433B

虹吸工程，利用虹吸原理建造的取水或泄水的建筑物。如虹吸管、虹吸式溢洪道。當河流水位高出兩岸農(nóng)田而有堤防阻隔時,修建跨堤的虹吸管取水可以避免切開堤岸,引水流量主要隨虹吸管的管徑和上、下游水位差而變化。用于水庫泄洪時,能在較小的水頭下有較大的泄流能力,可根據(jù)水庫水位變化,不用閘門而自動泄洪或自動停泄。適用于中小型工程。

中國人很早就懂得應(yīng)用虹吸原理。應(yīng)用虹吸原理制造的虹吸管，在中國古代稱“注子”、“偏提”、“渴烏”或“過山龍”。東漢末年出現(xiàn)了灌溉用的渴烏。西南地區(qū)的少數(shù)民族用一根去節(jié)彎曲的長竹管飲酒，也是應(yīng)用了虹吸的物理現(xiàn)象。宋朝曾公亮《武經(jīng)總要》中，有用竹筒制作虹吸管把峻嶺阻隔的泉水引下山的記載。中國古代還應(yīng)用虹吸原理制作了唧筒。唧筒是戰(zhàn)爭中一種守城必備的滅火器。宋代蘇軾《東坡志林》卷四中，記載了四川鹽井中用唧筒把鹽水吸到地面。其書載：以竹為筒，“無底而竅其上，懸熟皮數(shù)寸，出入水中，氣自呼吸而啟閉之，一筒致水數(shù)斗?！懊鞔摹斗N樹書》中也講到用唧筒激水來澆灌樹苗的方法，對于虹吸原理，中國古代也有論述。南北朝時期成書的《關(guān)尹子·九藥篇》說：“瓶存二竅，以水實之，倒瀉；閉一則水不下，蓋（氣）不升則（水）不降。井雖千仞，汲之水上；蓋（氣）不降則（水）不升?！庇袃蓚€小孔的瓶子能倒出水，如果閉住一個小孔，另一個小孔外面的空氣壓力會比瓶里水的壓力大，水就流不出來。唐代王冰《素問》注中，有關(guān)大氣壓力的物理現(xiàn)象記述得較清楚，王冰曰：“虛管溉滿，捻上懸之，水固不匯，為無升氣而不能降也；空瓶小口，頓溉不入，為氣不出而不能入也。”指出一個小口的空瓶灌不進水是因為瓶里氣體出不來。宋代俞琰在《席上腐談》中補充了前人的發(fā)現(xiàn)，說；“予幼時有道人見教，則劇燒片紙納空瓶，急覆于銀盆水中，水皆涌入瓶而銀瓶鏗然有聲，蓋火氣使之然也；又依法放于壯夫腹上，挈之不墜?！痹诳掌坷餆垼捎诨鸢哑坷锏囊徊糠挚諝廒s出瓶外，火熄滅后瓶里就形成負壓，造成一定的真空，瓶外的空氣壓力就把瓶緊緊地壓在人腹上。如果把瓶放在水里，水就立即涌入瓶里。明代莊元臣在《叔苴子·內(nèi)篇》中也指出把葫蘆勺倒壓入水中，水并沒有進入葫蘆里，這是因為葫蘆里有空氣。

虹吸管是人類的一種古老發(fā)明，早在公元前1世紀，就有人造出了一種奇特的虹吸管。

事實上，虹吸作用并不完全是由大氣壓力所產(chǎn)生的，在真空里也能產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象。使液體向上升的力是液體間分子的內(nèi)聚力，在發(fā)生虹吸現(xiàn)象時，由于管內(nèi)往外流的液體比流入管內(nèi)的液體多，兩邊的重力不平衡，所以液體就會繼續(xù)沿一個方向流動，在管內(nèi)，越往上壓力就越低。如果液體上升的管子很高，壓力會降低到使管內(nèi)產(chǎn)生氣泡(由空氣或其他成分的氣體構(gòu)成)，虹吸管的作用高度就是由氣泡的生成而決定的。因為氣泡會使液體斷開，氣泡兩端的氣體分子之間的作用力減至0，從而破壞了虹吸作用，因此管子一定要裝滿水。在正常的大氣壓下，虹吸管的作用比在真空時好，因為兩邊管口上所受到的大氣壓提高了整個虹吸管內(nèi)部的壓力。

設(shè)想一下，太陽能集熱器內(nèi)儲滿冷水，當太陽能集熱器吸收太陽能時，里面的水受熱膨脹，密度變小，就上升到上面的熱交換器中。而密度較大的冷水則回流到集熱器的底部，在吸收了熱能后，繼續(xù)膨脹上升。

熱循環(huán)運動被稱為熱虹吸效應(yīng)，集熱器和熱交換器之間的溫差越大，水體在兩者之間的循環(huán)流動的速度越快。