虹吸泄洪

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每建一座拦水大坝，首先要保证该水利工程的安全。洪水到来之即，使洪水能快速顺利通过，就需要一整套泄洪配套工程，传统的泄洪工程，技术含量高、设施庞大：具有宽而深的引洪道、钢铁铸造的巨型闸门、大型起吊闸门设备等等，这些设施笨重而耗资巨大，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（并能克服以上缺点），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。

我们知道，虹吸管正常运行条件，是管顶部与坝内水面不超过十米（一个工程大气压），我想大多数大坝，安全水位与泄洪水位不会超过十米，也就是说基本上所有的大坝，都可用这种方法泄洪。

说起来很简单，就是在堤坝中间，根据需要的横截面积，横向建造几道虹吸管就可以了。 进水口设在坝内安全水位线下，出水口设在坝外的底部（尽量提高出水孔与坝内水位的落差），虹吸管顶端处在泄洪水位线上。并在虹吸管的顶部开一小孔与抽气机相连。坝外的出水口应建造一个蓄水池（既可盛水密封虹吸外管：保证抽气时虹吸管真空，又可作为出水消能池）。

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。

虹吸管不仅能全自动泄洪，还有很方便的可控性：装上抽气机，在虹吸管正常工作范围（水位在安全水位线与泄洪水位线之间）内都可以，随时利用抽气机把虹吸管抽成真空，提前泄洪；利用抽气机管道的进气阀门，随时打开，停止泄洪。

虹吸管不仅可以用于大坝的泄洪，而且最适应水力发电的进水管道。用抽气机的抽气使虹吸管输水，或进气停水，使水力发电设备随时开机或关机。再一，发电机在运行过程中，可以输入一定的进气量，控制输水管的流量，从而调节发电机的输出功率。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。当河流水位高出两岸农田而有堤防阻隔时,修建跨堤的虹吸管取水可以避免切开堤岸,引水流量主要随虹吸管的管径和上、下游水位差而变化。用于水库泄洪时,能在较小的水头下有较大的泄流能力,可根据水库水位变化,不用闸门而自动泄洪或自动停泄。适用于中小型工程。

中国人很早就懂得应用虹吸原理。应用虹吸原理制造的虹吸管，在中国古代称“注子”、“偏提”、“渴乌”或“过山龙”。东汉末年出现了灌溉用的渴乌。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。宋朝曾公亮《武经总要》中，有用竹筒制作虹吸管把峻岭阻隔的泉水引下山的记载。中国古代还应用虹吸原理制作了唧筒。唧筒是战争中一种守城必备的灭火器。宋代苏轼《东坡志林》卷四中，记载了四川盐井中用唧筒把盐水吸到地面。其书载：以竹为筒，“无底而窍其上，悬熟皮数寸，出入水中，气自呼吸而启闭之，一筒致水数斗。“明代的《种树书》中也讲到用唧筒激水来浇灌树苗的方法，对于虹吸原理，中国古代也有论述。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。”有两个小孔的瓶子能倒出水，如果闭住一个小孔，另一个小孔外面的空气压力会比瓶里水的压力大，水就流不出来。唐代王冰《素问》注中，有关大气压力的物理现象记述得较清楚，王冰曰：“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。”指出一个小口的空瓶灌不进水是因为瓶里气体出不来。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。”在空瓶里烧纸，由于火把瓶里的一部分空气赶出瓶外，火熄灭后瓶里就形成负压，造成一定的真空，瓶外的空气压力就把瓶紧紧地压在人腹上。如果把瓶放在水里，水就立即涌入瓶里。明代庄元臣在《叔苴子·内篇》中也指出把葫芦勺倒压入水中，水并没有进入葫芦里，这是因为葫芦里有空气。

虹吸管是人类的一种古老发明，早在公元前1世纪，就有人造出了一种奇特的虹吸管。

事实上，虹吸作用并不完全是由大气压力所产生的，在真空里也能产生虹吸现象。使液体向上升的力是液体间分子的内聚力，在发生虹吸现象时，由于管内往外流的液体比流入管内的液体多，两边的重力不平衡，所以液体就会继续沿一个方向流动，在管内，越往上压力就越低。如果液体上升的管子很高，压力会降低到使管内产生气泡(由空气或其他成分的气体构成)，虹吸管的作用高度就是由气泡的生成而决定的。因为气泡会使液体断开，气泡两端的气体分子之间的作用力减至0，从而破坏了虹吸作用，因此管子一定要装满水。在正常的大气压下，虹吸管的作用比在真空时好，因为两边管口上所受到的大气压提高了整个虹吸管内部的压力。

设想一下，太阳能集热器内储满冷水，当太阳能集热器吸收太阳能时，里面的水受热膨胀，密度变小，就上升到上面的热交换器中。而密度较大的冷水则回流到集热器的底部，在吸收了热能后，继续膨胀上升。

热循环运动被称为热虹吸效应，集热器和热交换器之间的温差越大，水体在两者之间的循环流动的速度越快。