虹吸排水原理
虹吸式排水原理是內聚力,是液態分子間引力與位差能造成的。
即利用水柱壓力差,使水上升再流到低處。由於管口水面承受近似相同的大氣壓力,水柱短的一側合壓力大而水柱高的一側合壓力小,水會由合壓力大的一邊流向合壓力小的一邊,直到兩邊的合壓力相等,容器內的水面變成相等高度,水就會停止流動。利用虹吸現象很快就可將容器內的水抽出。
虹吸是一種流體力學現象,可以不借助泵而抽吸液體。
處於較高位置的液體充滿一根倒U形的管狀結構(稱為虹吸管)之後,開口於更低的位置。虹吸管兩端液體的重量差距造成液體壓力差距,液體壓力差能夠推動液體越過最高點,向低端排放。2010年5月澳洲昆士蘭科技大學休斯博士説:“是重力令虹吸管內液體流動,長下端之水將短上端之水往上拉出,再流到下端。”
事實上,虹吸作用並不完全是由大氣壓力所產生的,在真空裏也能產生虹吸現象。使液體向上升的力是液體間分子的內聚力。在發生虹吸現象時,由於管內往外流的液體比流入管子內的液體多,兩邊的重力不平衡,所以液體就會繼續沿一個方向流動。在液體流入管子裏,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產生氣泡(由空氣或其他成分的氣體構成),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部的壓力。 應用實例:把充滿水的膠管一端插入水中,另一端垂在盛水的容器之外,而且,出水口要低於水面。這樣,水就會從容器順着膠管流出。
一些虹吸茶壺,虹吸馬桶,都是此原理。
虹吸原理的應用:
如今,虹吸已經運用到現代的工程中,很多屋面排水系統都是使用虹吸式排水,虹吸技術運用在現代建築是1968年,由Olavi Ebeling與Persommerhein共同發明,在過去的四十多年裏,他們所研究的虹吸排水系統一直領先於世界水平,虹吸式排水系統打破了常規的重力排水系統,虹吸式排水系統是利用屋頂專用雨水漏斗實現氣水分離。開始時由於重力作用,使雨水管道內產生真空,當管中的水呈壓力流狀態時,形成虹吸現象,不斷進行排水,最終雨水管內達到滿流狀態。在降雨過程中,由於連續不斷的虹吸作用,整個系統得以快速排放屋頂上的雨水。虹吸式排水系統管道均按滿流有壓狀態設計,雨水懸吊管可做到無坡度敷設,當產生虹吸作用時,水流流速很高,有較好的自清作用。如今,虹吸式排水系統已經被廣泛的運用,1993年,該虹吸排水系統首次運用到新加坡一建築工程裏,自此,Persommerhein為亞洲的屋面雨水排放系統帶來新的革命。
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