虹吸效应是什么意思 | 该效应是如何工作的

虹吸效应，又称虹吸现象，物理上原本是指由于液态分子间存在引力与位能差能，液体会由压力大的一边流向压力小的一边。由于管口水面承受不同的大气压力，水会由压力大的一边流向压力小的一边，直到两边的大气压力相等，容器内的水面变成相同的高度，水就会停止流动。

虹吸管是一种弯管，用来将液体从高液位转移到低液位。液体通常从高液位流到低液位，而虹吸效应可以将液体从高液位流到更高液位，然后再流回更低液位。这种效应是可能的，因为在较高的液位中，液体表面的空气受到压力，从而推动液体。

虹吸效应是如何工作的?

虹吸管最高点的C点称为峰顶。由于点c高于水箱A中水的自由表面，c处的压力将小于大气压力。

理论上，c的压力可以降低到-10.3m的水，但在实际中，这个压力仅为-7.6m的水或2.7m的绝对水。

当c处的压力小于2.7m的绝对水时，溶解的空气和其他气体会从水中出来，聚集在峰顶。

水流将被阻塞。

谁发明了虹吸效应?

人类使用虹吸管已经有几个世纪的历史了。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储酒罐中提取葡萄酒。他们巧妙地使用虹吸管将葡萄酒从表面杂质和底部渣滓中分离出来。

亚历山大的希腊数学家希罗是第一个描述虹吸效应的人。他进行了许多实验，并在他的工程论文《气动》中写了相关的文章。

虹吸效应用在什么地方?

今天，虹吸由于其低功耗要求和简单的结构，享有广泛的应用。它们通常用于家庭应用，如抽水马桶、啤酒龙头和简单的园艺洒水器。

虹吸管也被大规模地用于农业地区的灌溉。由于它们的低能耗和成本，它们非常适合从水源向肥沃的干旱山谷长距离输送水。

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，对于究竟是什么导致了虹吸效应，仍存在着激烈的争论。但科学家们得出结论，这是两个因素的结果。大气压力和连锁理论。

大气压力理论是早期描述虹吸效应的理论之一。它的理论是，当液体通过管道被吸入时，吮吸的行为会导致管道内的压差，在最高点形成一个低压区。这个压差使液体从储层表面的高压区流向位于最高点的低压区。这一理论的主要缺陷是，虹吸管已被证明可以在高真空(没有空气，没有大气压力)下工作。

最近提出的理论是引力和黏聚力共同作用的理论。它基于链式模型。这个模型把流体看作是一个由内聚键连接在一起的链。链条首先被另一个力向上通过管道，直到它通过弯曲处，然后重力接管，将整个流体向下拉，就像链条上的滑轮，直到储液器空了。这一理论也被否定了，因为虹吸管是为粘结力低或弱的流体制造的。

如今，工程师们结合使用这两种理论来解释不同条件下的虹吸效应。

在模拟虹吸管中的流体时，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，ρ =流体的密度

这个方程把整个虹吸作为一个系统来模拟。

假设在RL +5m高度的蓄水池中有一个潜水泵。水被泵出RL +8m的墙，并在RL 0m排出。让我们求出当管用作虹吸时出口的排气速度。

为了求出这个，我们将伯努利方程应用于方程组中的三点:

1. 水库的表面。point3最高。放电点

假设泵用于启动虹吸，并在流量开始后关闭，那么由于摩擦和其他影响造成的损失可以忽略不计。

在表面(2):

速度Vs=0米/秒(我们将储层表面建模为无穷大)

压力Ps = P atm(大气压力)距离地面(y) = 0m

在最高点(h(3))处:

在h，我们有速度= vh压力= Ph > patm距离表面yh = 8m - 5m = 3m。

在最低点(d(4)):

压力=Ph = patm距离地面= 0-5= -5m

为了求速度Vd，我们让(2)与(4)相等，得到:。

然后我们有

代入数值求解，得到速度为9.9m/s

然而，维持虹吸的条件是有限的。维持虹吸管的主要限制是空气。虹吸必须是密封的，因为系统中过多的空气会破坏虹吸运行所依赖的真空。

此外，虹吸的高度受到液体的蒸汽压和当地大气压力为例，来维持一个虹吸系统中泵水从水库在海平面上，储层的表面之间的距离和最高点管不应超过10米。

当管道最高点超过10m时，最高点处的压力等于水的蒸汽压。当这种情况发生时，水开始沸腾，打破了使液体链凝聚在一起的凝聚力，从而中断了虹吸。有趣的是，高得多的虹吸管已经被用于脱气水。

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