虹吸和虹吸效应:吮吸的声音

编者按:本文最初发表于2007年11月号BETVICTOR体育官网泵和系统．

刚刚过去的这个夏天，我收到了一位BETVICTOR体育官网泵和系统读者讨论虹吸及其对泵扬程和管道流量的影响。如果你像我一样，你第一次使用这些设备可能会让你第一次——也是最后一次——尝到汽油的味道。虹吸是一种我们每天都在利用的自然而又极其简单的机器。

它们最早的使用可以追溯到公元前1500年左右的埃及人，但虹吸原理直到公元前240年才被描述出来。这项工作被认为是希腊数学家和发明家特西比乌斯的亚历山大。他以三大发明而闻名:活塞泵、水钟和液压机，液压机是管风琴的鼻祖。他所有的书面作品都已失传，但他的继任者在他们的作品中称他为“气动之父”。

真正的虹吸管

虹吸有几种定义。的泵手册提供了一对夫妇:一个解释为“管道或其他封闭管道上升和下降，”而更具体的定义是指“一个射流泵，利用可冷凝蒸汽作为动力流体。”两者都可以作为虹吸效应的例子，但两者都无法准确描述我是如何将汽油从我父亲的车上转移到我们的割草机(以及我的嘴)的。

我将“真正的”虹吸定义为一种管子或管道，液体可以通过大气压力从较短(或向上)的腿向上移动到较低的水平，而较长(或向下)腿中的液体的重量导致持续向下流动。这个定义中的一个关键短语是“连续流”——这将真正的虹吸与管道系统中可能发生的虹吸效应分开。

虽然虹吸看起来很简单，但关于它是如何运作的仍有一些争论。很明显，重力使液体流过下面的那条腿，但是什么使它在上面那条腿上航行呢?

如果你把一根长管子的一端浸入盛有水的容器中，管子里的水就会上升到与容器里的水相等的高度。如果你把管子里的所有空气都放出去，里面的水平面就会上升到与压在容器表面的大气压力相等的水平。

虹吸的传统解释是，由于重力作用，在水管的上部产生了部分真空。这种部分真空可以使大气压力通过腿部开始流动。这听起来很合理，但关于液体分子的内聚力对保持流动的影响存在相当多的争论。我认为有理由认为凝聚力和部分真空都起作用。

在这里，我们看到水从上层水库流入下层水库。要使虹吸连续流动，上支管高度(h)必须小于大气压力，下支管出口高度(L)必须小于大气压力₂)必须在上储层表面以下(L₁)．虹吸管道也必须完全充满，没有空气和液体蒸汽。如果违反了这些条件中的任何一条，虹吸将停止工作。在理想条件下，大气压力为34英尺(海平面)，上肢的最大高度限制在33英尺左右。

所以，如果你必须猜，我们每天看到的虹吸管最常见的用途之一是什么?它是“无声无阀防污水器”，于1819年在英国获得专利，今天更广为人知的名字是抽水马桶。

如果你看看许多现代厕所的侧面，你实际上可以看到虹吸管的轮廓。上肢的高度决定了碗里的静态水位。当冲洗阀打开时，水从水箱流入碗中，水位上升，水开始流入下腿。一旦下游完全满了，这个系统就变成了一个真正的虹吸，当水箱和碗都空了的时候，就会发出吸吮声。

在你的浴室厕所下面的“J”陷阱通常被称为“倒”虹吸管，但它根本不是虹吸管。它依靠较长的下腿中的水的重量迫使水通过较短的上腿。一旦盥洗室完全排水，一些水仍然在较低的弯曲部分的疏水阀，防止下水道气体通过排水管偷偷溜回来。

一些最好的倒虹吸管的例子可以在夏威夷找到。它们建于19世纪末和20世纪初，从灌溉沟渠中引水穿过美丽的山谷，这些山谷对于架空的渡槽来说太宽了。倒虹吸管在水和污水输电线中也很常见，这些输电线必须向下从高速公路或其他障碍物下面穿过，然后在另一边再次上升。

真正的虹吸管被广泛用于将水从一个地方转移到另一个地方，这并不奇怪。毕竟，运行它们所需的能源是免费的，而且建造地面管道系统的成本往往更低。下面两张照片展示了一个创新的应用，使用多个虹吸管从灌溉渠中调水。每根虹吸都注入一个单独的沟槽，不需要水闸或其他引水方法。

大型虹吸广泛用于世界各地的大流量应用。在美国，许多水和灌溉渡槽使用管道、隧道、虹吸管、倒虹吸管、渠道和沟渠的组合，将水从源头输送到使用地点。

虹吸效应

只要管道流量充足，维持流量所需的泵扬程等于泵排量与管道排量之间因摩擦和高程增加而产生的扬程。即使两者之间的某个点的标高大于管道排放的标高，该规则也适用。

图3显示了一个简单的管道系统，说明了这一规则。高海拔(h²)所见泵与管道之间的放电不影响泵扬程是由于扬程恢复所提供的“虹吸效应”。

现在,h²在填充管线时必须考虑到这一点，但一旦管路满流，下支腿将抵消其额外的高度，泵看到的高度将为h1。如果向下的腿没有完全流动，所需的头将是摩擦力加上h的总和¹和h²．真正的虹吸和虹吸效应之间的主要区别是后者本身不会保持流动。

串联有几个上下支腿的管道。在这个例子中，每个向下支腿都产生虹吸效应，一旦管道被填满，泵所看到的总扬程等于h¹加上由于流动而产生的摩擦。

虽然上升和下降的管道系统可以利用虹吸效应，但它们也容易受到夹带或溶解空气在其高点积聚的影响。如果通风不当，气囊会减少甚至在某些情况下完全禁止流经系统的气流。在具有多个上下支腿的管道系统中，发生这种情况的几率会增加。如果一些空气被困在这些上部区域，但流动是维持的，维持流动所需的仰角水头将是h¹加上每条下腿的气穴高度之和。

经典翻版BETVICTOR体育官网泵和系统文章填补了我们行业的空白:泵新用户的基本信息。如果你有一篇培训新员工或让自己更新基础知识的文章，请在这里告诉我们pumpeditors@cahabamedia.com．