概要：科学发展至今天，人类已经可以探索静态或者速度有限的微观世界，然尚无一种科学仪器能够观察到动态的湍急水流进入管道瞬间是否掺杂了气体，掺入量有多少。大气压时时刻刻将气体以人类肉眼所不能见的微小单元形式溶入水中，即使管口淹没再深，空气照样掺入管内。不仅如此，根据现实工程的经验，管径越大，淹没越深，气阻越大，空气掺入量越加可观。更值得一提的是，“笔者”所研究的“真空高速流”真空部位并没有发生所谓的“空化”现象而产生大量气体，相反却形成了相当稳定的不掺气流体，这些问题尚待于研究。大型水电站的引水压力钢管进水口淹没深度有的达到五六十米以上，水轮机叶片的金属表面所受到的汽蚀破坏极有可能和流体本身掺入的空气有很大关系。水电站压力引水管内的流速极高，微小气体分子来不及上浮，就以相当于子弹射击的速度射向叶片而迅速崩溃，叶片产生气蚀孔洞破坏现象很有可能就是气阻在高速水流中的一种极端表现；而在流速相对较慢的管道水力输送过程当中，这些微小气体分子会逐渐上浮，并窝存在管道的高凸处，使过流截面积变小，随着管线的延伸，过流截面逐渐变小，流速、流量、压力也随之减小，最后形成空管。这种现象在配水引水工
关于水头损失根源的水力学理论探讨,标签：给水排水设计规范,建筑给水排水,http://www.67jzw.com科学发展至今天，人类已经可以探索静态或者速度有限的微观世界，然尚无一种科学仪器能够观察到动态的湍急水流进入管道瞬间是否掺杂了气体，掺入量有多少。大气压时时刻刻将气体以人类肉眼所不能见的微小单元形式溶入水中，即使管口淹没再深，空气照样掺入管内。不仅如此，根据现实工程的经验，管径越大，淹没越深，气阻越大，空气掺入量越加可观。更值得一提的是，“笔者”所研究的“真空高速流”真空部位并没有发生所谓的“空化”现象而产生大量气体，相反却形成了相当稳定的不掺气流体，这些问题尚待于研究。大型水电站的引水压力钢管进水口淹没深度有的达到五六十米以上，水轮机叶片的金属表面所受到的汽蚀破坏极有可能和流体本身掺入的空气有很大关系。水电站压力引水管内的流速极高，微小气体分子来不及上浮，就以相当于子弹射击的速度射向叶片而迅速崩溃，叶片产生气蚀孔洞破坏现象很有可能就是气阻在高速水流中的一种极端表现；而在流速相对较慢的管道水力输送过程当中，这些微小气体分子会逐渐上浮，并窝存在管道的高凸处，使过流截面积变小，随着管线的延伸，过流截面逐渐变小，流速、流量、压力也随之减小，最后形成空管。这种现象在配水引水工程中比比皆是，而人们却误认为是水体粘滞力造成的水头损失，这是水力学界非常致命的一个理论误区。
⒌理论探索及模拟试验
为了更准确揭示管道中的阻力机制，证明气阻不但不可忽略不计，甚至可阻断流体运行，1997年4月，笔者设计并委托清华大学水利水电工程系进行了一组模拟“重力流”输配水工程中惯见现象的水力实验，这套实验装置虽然结构简单，管径较小，距离仅17米，但浓缩了一般长距离输配水工程的主要特征，其原理与实际工程是吻合的，具有典型意义。
本实验装置如图1所示，管径50毫米，重力流形式，管道在中间有三个M字型起伏，其最高点均低于高位水池水面，管道的进口与出口均安装控制阀门。试验的目的原是为了测试本管道系统在采用不同进水方式时的沿程水头损失，但实验一开始就出现了意想不到的结果，在净水头△h高达1.90米时，输水距离总长17米，出口阀门B竟然滴水不出！
当时在场的许多专家教授大惑不解，即使是读者现在看到此图，也有绝大多数会认为应当出水。按照人们的习惯性思维，“水往低处流”是恒古不变的真理，然而实验结果的不合逻辑又当如何解释？只能说明人们的认识还存在局限性。“水不往低处流”这种看似奇异的现象，并不是离我们很遥远，可以说每座城市的自来水供水系统，每一个长距离引水工程都存在着类似现象，就比如边远地区某三层楼用户用不到水，人们就认为是沿程水头损失起了作用，实际却是气体在阻碍流体运行，一旦排除气阻，该用户就能24小时到水。写到这里，有些读者百思不解，城市给水管网高处均安装了排气阀，气阻不是已经被排除了？文章前面已经提到，气体是无时不刻掺入管内的，依靠排气阀只能减弱气阻，不能完全排除气阻，只有从水源处从根本上断绝气体掺入才是唯一可行、治标治本的办法。笔者在清华大学进行的实验中不但演示了实际工程中的气阻断流模型，而且还测量出气阻断流的临界掺气量，推导出一条全新的“气阻定律”，为节省篇幅，具体请参见相关资料。
上面提到，“真空流”适用于“重力流”工程改造，那么“压力流”工程能否进行改造，又当如何实施？道理是同样的，但难度稍大一些，首先要把同等动力的“压力流”改造成“重力流”，再着手实施“真空流”改造。
300多年来，地球上几乎所有管道输水都是在大气压的状态下运行的，只有虹吸管高于水面部分产生负压，笔者将现有水力学的研究成果归纳成“正压流”：“真空流”是继“重力流”和“压力流”后诞生的第三种输水形式，由于其出现了一段常规虹吸管无法比拟的高真空，且其流态、流速、流量、管内水充盈度等技术参数均无法用常规理论解释与推算，笔者将这项新领域的研究归纳成“负压流”，它将成为基础水力学理论研究的新方向，成为水力学不可缺少的组成部分，“正压流”与“负压流”理论将相映成辉。
⒍结语
由此可见，气阻的作用不可忽视，它是水头损失最大的根源，水头损失并非难以控制，遏制了气阻，大幅度提高输水效率，降低能量损失，节约工程投资就不再成为神话！
如今的“真空流”，其应用领域已从长距离引水、城乡给水配水扩展到了防汛抗旱、地下水回灌、水力发电、工业循环水、海洋深处采吸矿石等等二十多个领域。研究者不但要实施更多的工程造福于四方，而且要从工程中提取更多、更精确、更有力的各项数据进行更深入的研究探索，从实践到理论，再从理论回到实践中去，形成一套完整的“负压流”理论，融入水力学理论系统，任重而道远。
水力学的发展同其他学科一样，依赖于生产实践和科学实验，并受科学发展和社会因素的制约。当我们发现了“真空高速流”，我们不得不以科学的态度重新审视水力学理论，并对一些由于受到科学发展限制而局限的认识进行修正和完善。要对一个已延续数百年并在人们脑海中根深蒂固的经典理论进行修正，绝非一朝一夕之事，一篇论文、几个现象似乎微不足道，但实践永远是检验真理的唯一标准，经典理论同样面临科学发展的重新评价与检验。
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