石國平

摘 要:公元前1世紀,就有人造出了一種奇特的虹吸管。古人用虹吸管來取酒或引山上泉水湖下山灌溉農(nóng)田。隨著科技的不斷發(fā)展,現(xiàn)在人們能生產(chǎn)各種類型的虹吸管用于供水、排水、排污。在研究虹吸流的過程中,又發(fā)現(xiàn)了虹吸流具有的六個特性。為充分發(fā)揮虹吸流所具有的六個特性的作用,發(fā)明了《多級虹吸水力發(fā)電裝置組成的水循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)》的專利。它們能將地表水變成多級虹吸流來發(fā)電,實現(xiàn)用有限的水發(fā)無限電的目的。為人類開辟了一條以水為媒介的利用大氣壓力來發(fā)電的新能源。

關鍵詞:虹吸現(xiàn)象虹吸流發(fā)電水循環(huán)發(fā)電

中圖分類號:P339 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(b)-0002-01

社會的進步和經(jīng)濟的發(fā)展,對電能的需求越來越大,為解決全社會生產(chǎn)生活對電能的需求問題,就必須想方設法去研究開發(fā)一種既安全環(huán)保、成本又低的新能源。研究虹吸的目的就是要探索怎樣將豐富的地表水變?yōu)楹缥饔糜诎l(fā)電,使它成為我們所需的安全、環(huán)保、低價的電能。

1中國古人是怎樣解釋虹吸和利用虹吸的

虹吸管是人類的一種古老發(fā)明,早在公元前1世紀,就有人造出了一種奇特的虹吸管。中國人很早就懂得應用虹吸原理制造了虹吸管。在中國古代稱“注子”、“偏提”、“渴烏”或“過山龍”。東漢末年出現(xiàn)了灌溉用的渴烏。西南地區(qū)的少數(shù)民族用一根去節(jié)彎曲的長竹管飲酒,也是應用了虹吸的物理現(xiàn)象。宋朝曾公亮《武經(jīng)總要》中,有用竹筒制作虹吸管把峻嶺阻隔的泉水引下山的記載。

2當代人們又是怎樣解釋虹吸和利用虹吸的

現(xiàn)代漢語詞典對虹吸管的解釋是:虹吸管是使液體產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象所用的管子,通稱過山龍。虹吸現(xiàn)象是液體從比較高的地方通過一條拱起的彎管,先向上再向下流到比較低的地方去的現(xiàn)象。所用的彎管呈倒U字形而一端較長,使用時管內(nèi)必須充滿液體。

虹吸現(xiàn)象的產(chǎn)生必須具備兩個條件:一是兩個液面存在著高度差;二是管道必須密閉,密閉管道的高度是受限制的。在常壓下虹吸的高度為10.336m,每加大一個大氣壓,虹管就可以做高10.336m,這個數(shù)值人們是通過大量試驗得出的。

目前,虹吸原理主要應用在以下幾個方面:一是用于抽水馬桶的沖水排便;二是用于房屋天溝的排雨水;三是用于生產(chǎn)設備中的供水和排水,像這類的專利有上千例,這說明虹吸應用地比較廣泛了;四是用于水庫的排洪;五是用于水庫壩底的清除泥沙。

3未來我們又是怎樣解釋虹吸流和利用虹吸流呢

3.1 虹吸流形成的條件

在常壓下形成虹吸流應具備以下幾個條件:一是要有一根兩頭開口的彎管來構成虹管,彎管必須向下放置,彎管兩端內(nèi)灌滿水不能有空氣,確保水與水之間存在一種相互吸引力;二是虹管的進水水位要高于出水水位,兩水位之間應存在壓強差;三是在常壓下,虹管的高度不要超過10.336m。

3.2 虹吸流所具有的六種特性

一是具有人為性。根據(jù)虹吸流形成的條件,不難看出,虹吸流是可以人為產(chǎn)生,條件是:只要有大氣壓力和有液體水的地方,我們只要給虹管灌滿水,排出空氣,使之處于兩個不同的水位中,或者處于不同的壓強下,這樣就可以人為產(chǎn)生虹吸流了。

二是具有永動性。根據(jù)虹吸流形成的條件,如果虹吸一旦形成,我們只要始終保持虹吸流的入水口水位高于出水口的水位,虹吸流就永恒地流動了。

三是具有放大性。根據(jù)虹吸流形成的條件,只要虹管的入水口的水位高于虹管的出口水位,且虹管內(nèi)已充滿水時,虹吸就會形成。也就是說在正常氣壓下(即一個大氣壓的情況下),只要虹管的出入口存在一個很小的水位差,就能形成10.336m高及其以下的虹吸流的位能,這就是虹吸流的位能放大作用。

四是具有級聯(lián)性。根據(jù)虹吸流形成的條件,我們可以在第一個水杯中加入水,用灌滿水的虹管來形成第一級虹吸流,并使第一級虹吸流流出的水指定讓它流入比第一個水杯低的第二個水杯中;再在第二個水杯中用灌滿水的虹管來形成第二級虹吸流,再使第二級虹吸流流出的水指定讓它流入比第二個水杯低的第三個水杯中;依次類推,可以根據(jù)需要形成更多級數(shù)的虹吸流以構成虹吸流的級聯(lián)形式。用這種多級虹吸流的水流來發(fā)電,就可發(fā)更多的電。

五是具有選擇性。在常用壓下,虹管的粗細和虹管的高度可以在不超過10.336m的情況下可根據(jù)實際需要來選擇。

在加壓的情況下,虹管的粗細和虹管的高度選擇的范圍就更大。因為每加大一個大氣壓,虹管的高度就可以增加10.336m;虹管的粗細選擇的范圍也就更大。

六是具有調(diào)節(jié)性。在加壓的情況下,除了給虹管兩端同時施加壓上基準氣壓后,我們還可以在虹吸管出入口之間附加一個的氣壓差來確保形成虹吸流所需的壓強,并用這個氣壓差來調(diào)節(jié)虹吸流的流量流速及啟停。

如果虹吸流已經(jīng)形成,我們可以用安裝在虹吸出口處的水閥來調(diào)節(jié)虹吸流的水流量的大小;如果我們要虹吸流停止,也只要將水閥關閉就行,虹吸流就會停止流動。如果要再次啟動,只要將水閥打開就行。虹吸流具有的可控性為我們進一步控制虹吸流帶來了很大方便。

3.3 虹吸流在發(fā)電領域中的應用

下面簡要講述一下已申請發(fā)明專利的由多級虹吸流組成的兩類水循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的特點。

(1)用于水庫的水力發(fā)電。有專利號為CN20092007908.x,專利名稱為《虹吸發(fā)電》,該專利就是在原有水力發(fā)電的進水管前端安裝一個倒U型的虹管,在虹管的下端再安裝1臺水輪發(fā)電機,在虹管排水管的下端再用1臺液體流的水輪發(fā)電機發(fā)電,這樣就用了2臺發(fā)電機來發(fā)電,增加一倍的發(fā)電量;(2)用地表水的水力發(fā)電。有多級虹吸水力的發(fā)電裝置組成水循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。為了克服單級虹管發(fā)電對水源的位能有一定的依賴性、浪費水資源和效力低問題。發(fā)明了在常壓下的《多級虹吸水力發(fā)電裝置組成水循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)》。它包括了由多個單級的虹吸水力發(fā)電裝置、配套的儲水池和一個循環(huán)水管渠泵水系統(tǒng)組成。專利申請?zhí)枮?201010591463.1。其特點是充分利用了多級虹管能大幅度提升水的位差,放大位能的奇特功能用于發(fā)電,使有限的水資源能發(fā)出無限的電。

如果我們將由多級虹吸水力發(fā)電裝置組裝成水循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)應用到發(fā)電領域中,就形成一個以水為媒介的依靠大氣壓力來發(fā)電的水循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),用來解決人類對電能的需求。為人類開辟了一條取至不盡,用至不竭能源的新途徑。

4結語

由于本人研發(fā)的條件及所掌握知識水平有限,在這里只能起到拋磚引玉的效果,希望專家、讀者對這一課題的進一步的研究給予更多的支持和幫助,使虹吸流不僅能用來發(fā)電,還是在其他領域中能得到更加廣泛的應用。

參考文獻

[1] 專利號為CN20092007908.x,專利名稱為虹吸發(fā)電.此專利已公開.

[2] 專利申請?zhí)枮?CN201010591463.1,專利名稱為多級虹吸水力發(fā)電裝置組成水循環(huán)發(fā)電系統(tǒng).此專利已公開.