s45 S45:都江堰工程与优先阀

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说点什么
都江堰是中国古代修建的著名水利工程,至今仍在发挥作用。几年前我有幸参观了当地。作为一个有点流体基础的专业人士,我顺便琢磨了一下它的原理,发现和液压优先阀是那么的相似!

【s45 S45:都江堰工程与优先阀】都江堰渠首枢纽主要由三个主要工程组成:宝口口、金港堤和沙飞堰。三者有机配合,和谐运作。作为生活用水和灌溉用水的入口,包口口相当于优先阀的优先口。据说宝口口引水工程建成后,虽然起到了引水灌溉的作用,但由于江东地势较高,河水很难流入宝口口。为了使岷江顺利向东流并保持一定的流量,充分发挥宝口口的分洪灌溉功能,建设者在岷江修建了金刚堤,将河水分为两条支流:一条顺流而下,一条被迫流入宝口。可见金刚堤相当于优先阀的阀芯。内河窄深,外河宽浅,枯水期水位较低,大部分甚至全部流入河床较低的内河,保证了成都平原的生产生活用水;洪水来临时,由于水位高,部分甚至大部分河水从宽阔的外河排出。这种自动配水的设计与优先分流阀完全相同。
飞沙堰有其主要的保护功能,相当于一个溢流阀。内江水量超过瓶口流量上限时,多余的水从沙飞堰溢出;万一发生特大洪水,它会冲垮自己的堤防,让大量河流回流岷江。飞沙堰的另一个功能是“飞沙”。因为液压油比较干净,所以没有这样的功能。
为了保持生活和灌溉水量基本稳定,需要控制水头,相当于控制优先阀的压差。在都江堰工程中,水头高度由水平铁的深度和下游坝的高度控制。“深滩冲刷、低堰”、埋铁、控深是保证压差稳定和流量优先。

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对于水流来说,动能和势能一样重要,势能是水流和水力的区别。如果包口口垂直于主河道,优先流速受水流速度影响最小。但是找到这样的地方可能不容易,可能会被淤积堵塞。因此,瓶口与主河道的夹角非常重要。
作为优先流口,还需要形成节流口,要求瓶口窄而深,就像优先阀的节流口轴向较短,周向较长一样,以减少弹簧的影响,减少这里的阻力。

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通过两者的对比可以看出,都江堰水利工程的原理与现代优先阀完全一致,是中国古代劳动人民智慧的结晶。
思考:优先阀的弹簧应该有什么具体设计?
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