流 体 力 学 实 验 论 文
（ 虹 吸 原 理 的 论 证 及 应 用）
摘 要：本文首先从生活中常见的虹吸现象入手，然后运用真空虹吸实验的方法阐述其原理，最后从实际工程和日常生活两个方面列举虹吸原理在吸滤池、虹吸式屋面排水系统和虹吸式马桶、虹吸式洗胃的应用。 关键词：虹吸原理 吸滤池 虹吸式屋面排水系统 虹吸式马桶 虹吸式洗胃
1、引言
虹吸是我们日常生活中最常见的物理现象之一。在古代，农业灌溉、战争灭火、唧筒焊接应力、秤漏等就是虹吸原理在各个方面的运用。在现代，虹吸原理在实际工程和日常生活方面同样取得了广泛的应用。因此，理解虹吸原理并将其运用到工程、生活中在当今这个社会中也
显得尤其重要。
2、生活中常见的虹吸现象
虹吸现象在我们生活中很常见，医生给病人打点滴时，点滴瓶中点滴液持续流进体中就是虹吸原理；鱼缸换水时，将水管装满水,一端放鱼缸内,一端置于地面,放手后水开始从鱼缸中沿着水管流出；泡咖啡机利用虹吸原理泡咖啡时，通过加热下方烧瓶内的水,使沸水的蒸气压将沸水由玻璃管压入上层煮咖啡,降温后使下层呈类似真空状态来吸取上层已煮好之咖啡,再用滤纸过滤渣仔 ，就可以得到纯咖啡了。 3、真空虹吸实验
3.1、真空虹吸实验的原理
一个充满液体的n型管道两个端口产生高度差后，处于高水位端口的“I”型管内的液体就会从低到高、自下而上逆反重力方向爬升至管内顶端即产生一种反重力方向倒流水现象，从而使原本处于水平状态的液态水产生高度差现象。
3.2、真空虹吸原理的实验步骤
iscr-006第一步骤：给试管内注满水并用手指堵住开口处倒插入装有一半水的烧杯内并摆放在真空玻璃钟罩的底板位置，此时试管内部和试管外部烧杯内部的液态水保持大约20-25cm的高度差，必要时并给真空玻璃钟罩底座和边沿口的涂抹上凡士林防备漏气，后将其罩在玻璃钟罩的底版上。
第二步骤：用软管分别连接玻璃钟罩底板的连接端口和抽气机的连接端口并打开抽气机的电源开关。
第三步骤：抽气机工作大约15秒后 (这个过程的长短取决于玻璃钟罩容积的大小和真空泵功率的大小)试管内的液柱开始松动并出现一小部分下降趋势(气压仍在不断减小、真空罩内呈真空度状态)，与此同时烧杯内的液态水中不断有少量气泡冒出成沸腾状态，根据水的沸点与真空度的关系可以得知此时真空玻璃钟罩内的真空度约为10毫巴即1000帕。
第四步骤：抽气机工作25秒后试管内部的液柱已经全部下降至试管外的烧杯内部，即试管内部和试管外部烧杯内部的液态水保持同一高度，即真空玻璃钟罩内部的试管其内部和外部均呈现中度真空状态，与此同时，烧杯内的液态水伴有大量的气泡冒出。
不锈钢钢锭第五步骤：抽气机继续抽气工作长达54秒后 (此时玻璃钟罩内真空度约为0.1-5毫巴的高度真空状态)液态水的沸腾现象即冒气泡现象逐渐趋于缓和和消失，与此同时试管内原本已经完全降落至烧杯内的水却神奇般的再一次进入到试管内部，并自低到高、从下而上逆反重力方向慢慢向上爬升了一个H2(约180mm)的高度。
第六步骤：抽气机工作55秒后即视频时间为00:01:05，强行拔掉安插在真空玻璃钟罩地板连接端口上的抽气机软管。
第七步骤：：伴随着空气钻进玻璃钟罩内尖锐的嘶叫声，试管内部的水又一次逆反重力方向向上爬升了一个H1(约20mm)的高度。 (此步骤意在证明H1水柱高度为气体进入所导致的，反衬H2水柱高度为真空状态下所产生)
第八步骤此时取掉玻璃钟罩，实验又恢复到了原来的初始状态。
3.3、实验分析及结果
空气钻进玻璃钟罩后，试管内部的水又一次逆反重力方向向上爬，是因为烧杯液面的压强大于同高度的试管内液面的压强，只有当同高度液面的压强相同时，试管内的水就会静止。
透射电镜制样 虹吸原理：加在密闭容器里液体上的压强，处处都相等。而虹吸管里灌满水，没有气，来水端水位高，出水口用手掌或其他物体封闭住。此时管内压强处处相等。一切安置好后，打开出水口，虽然两边的大气压相等，但是来水端的水位高，压强大，推动来水不断流出出水口
4、虹吸原理的应用
4.1、虹吸滤池
4.1.1、虹吸滤池的构造
虹吸滤池是由6～8个单元滤池组成一个整体。滤池的形状主要是矩形，水量少时也可建成圆形。滤池的中心部分相当于普通快滤池的管廊，滤池的进水和冲诜水的排除由虹吸管完成。管廊上部设有真空控制系统14。
4.1.2、虹吸滤池的的工作原理
首先破坏进水虹吸管3的真空，则配水槽2的水不再进入滤池，滤池继续过滤。起初滤池内水位下降较快，但很快就无显著下降，此时就可以开始冲洗。利用真空系统14抽出冲洗虹吸管15中的空气，使它形成虹吸，并把滤池内的存水通过冲洗虹吸管15抽到池中心的下部，再由冲洗排水管16排走。此时滤池内水位降低，当清水槽的水位与池内水位形成一定的水位差时，冲洗工作就正式开始了。冲洗水的流程与普通快滤池相似。当滤料冲洗干净后，破坏冲洗虹吸管15的真空，冲洗立即停止，然后，再启动虹吸管3，滤池又可以进行过滤。
4.2、虹吸式屋面排水系统
4.2.1、虹吸式屋面排水系统的组成
屋面雨水排水系统一般由虹吸式雨水斗、无坡度悬吊管、立管和雨水出户管（排出管）组成。
4.2.2、虹吸式屋面排水系统的工作原理
依靠特殊的雨水斗的设计，实行汽水分离，从而使雨水立管中为满流状态，当立管中的水达到一定的容量时，虹吸作用就产生了。降雨初期，雨量一般较小，悬吊管内是一有自由液面的波浪流。根据雨量大小的不同，部分情况下初期无法形成虹吸作用，是以重力流为主的流态。随着降雨量的增加，管内逐渐呈现脉动流，拔拉流，进而出现满管气泡流和满管汽水混合流，直至出现水的单向流状态。降雨末期，雨水量减少，雨水斗淹没泄流的斗前水位降低到某一特定值（根据不同的雨水斗产品设计而不同），雨水斗逐渐开始有空气掺入，排水管内的虹吸作用被破坏，排水系统又从虹吸流状态转变为重力流状态。在整个降雨过程中，随着降雨量的增加或减小，悬吊管内的压力和水流状态会出现反复变化的情
况。与悬吊管相似，立管内的水流状态也会从附壁流逐渐向气泡流，气水浮化流过渡，最终在虹吸作用形成的时候，出现接近单向流的状态。在降雨过程中，由于连续不断的虹吸作用，整个系统得以令人惊奇的快速排除屋顶上的雨水。
4.3、虹吸式马桶
虹吸式马桶的工作原理：借冲洗水在便器的排污管道内充溢水后构成的虹吸现象，将污物排走。虹吸水便器的构造特性是便器体内有一个完好的管道。外形呈侧倒状“S”形，应用给水时的水位差促进虹吸作用的构成，由于不借水力冲走污物，所以池壁坡度较缓，池底也扩展了存水面积。虹吸式马桶的最大特性就是噪声小。
4.4、虹吸洗胃
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洗胃是指将胃管由口腔或鼻腔经食管插入胃内，利用重力和虹吸作用的原理用大量的溶液对胃腔进行冲洗的方法。多用于误服或自服有害物质的病人。胃管虹吸法是医生给食物中毒病人洗胃常用的方法冷凝水回收装置,操作方便。利用虹吸法给病人胸腔、腹腔穿刺放液,省时省力,相对于常规注射器抽吸法有一定的优势。
5、结论
本文运用真空虹吸实验的方法阐述了虹吸原理：加在密闭容器里液体上的压强，处处都相等。而虹吸管里灌满水，没有气，来水端水位高，出水口用手掌或其他物体封闭住。此时管内压强处处相等。一切安置好后，打开出水口，虽然两边的大气压相等，但是来水端的水位高，压强大，推动来水不断流出出水口。然后从工作原理对虹吸滤池、虹吸式屋面排水系统、虹吸式马桶、虹吸洗胃进行了分析。通过这些应用实例的分析，我们可知虹吸原理已运用我们生活的方方面面。
6、参考文献
[1]上官诺金 真空中的“真空虹吸实验”实验报告 [EB/OL] （2012-09-25 ）
idea.cas/viewdoc.action?docid=6514
[2] 彭艳霞 滤池反冲洗系统自动化改造 [D] 江西省宁都县供水公司 2012年
[3] 马亮 马桶冲洗过程的流体力学模型 [D] 北京航空航天大学流体所 2004年
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