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这是台神奇的水泵，不用电就能把水从低处泵送到高处，你信不？
不用想，一定会有很多网友说了：
“你这又是另外一个版本的水变油吧？”
NO！
接下来我就给大家分享一个绝大多数人都不知道的科学知识：一种不用电也能抽水的水泵，它到底是怎么运行的！
▲不用电的水泵，到底长啥样？
开说之前，咱们先讲个小故事。
话说那是2000年左右，趁着暑假间隙，在外求学半年的小李回到了浙江某山村的老家，半年没见到自己儿子了，李妈妈相当兴奋，晚上特意炒了几个小菜来给儿子接风，李爸爸也高兴，还拿出了珍藏多年的老酒，想要和儿子小酌几杯。
爷俩酒兴正酣，话也多了起来，说着说着就聊到了自家山头上的几亩果园。
李爸爸：“唉，今年雨水小，咱家果园的树都旱的不怎么结果子了。”
李妈妈：“你个死老头子，儿子好不容易回家，你就不能说点高兴的事儿！”
小李：“我爸就是扣，你买台水泵，从山脚下的小溪抽水不就完了？”
李妈妈：“你误会你爸了，他不是扣，咱家果园那里根本没通电，买了水泵也没得用啊！”
说到这，一家三口都停顿了下来，沉默了半晌后，李爸爸又提起了酒杯说：
“不说这个了，咱们接着喝！”
说者无意听者有心，小李可就对这件事儿上心了，就连晚上睡觉他都一直在琢磨该怎么解决这个事儿。
就在他翻来覆去的时候，脑海里灵光一现，突然想起了某次专业课上老师讲过的一种水泵：
“对啊，我怎么把它给忘了！”
▲果农在浇水
这下小李更睡不着了，他连忙拿出手机查起了相关资料，很快就有了头绪。
第二天一大早，小李拦住了正准备出门的李爸爸，说要和他一起去果园看看地形，李爸爸不明所以，问到：
“你不惦记着看看咱家的果树，却去看什么地形？”
小李神秘一笑，没有多说什么，只是催促爸爸快走。
到了果园，小李好好地查勘了一下地势，经过测算，他们家山脚下的小溪上下游的落差大概有5米，小溪下游距离小李家山头上的果园大概有15米。
“爸爸，我想我有办法解决果树浇水的问题了！”
在李爸爸怀疑的目光中，小李给他展示了一下自己一晚上的搜索成果：
“就是它，水锤泵！”
好了，咱们今天要讲的主角终于要出场了！
但那位又要说了：
“你就直接讲泵得了，干嘛还非要啰里啰嗦地说小李的故事！”
列位，小李的故事可不是为了凑字数，我给大家展开这个场景的主要目的，是为了让大家注意一个细节，那就是小李家果园的地形数据，这一点对于后面咱们讲这种神奇水泵的工作原理至关重要。
▲园林工人在养护植物
咱们要说的这种神奇水泵就是水锤泵，它是一种可再生能源机具，具有环保节能的特点，是当前最经济的提水工具之一。
其结构简单操作方便，经久耐用便于维护，能够充分利用水利死角，凡具备0.5升/秒-27升/秒的流量和1.5-10米落差的山泉、小溪及水渠和水库的渗漏处，都可选用相应型号的水锤泵投入使用。
它不需任何外加能源（如煤电油），能昼夜不停地将1.6-600立方米/日的水自动地输送到1公里范围内，相当落差的2-20倍的高处，向人们提供生活用水和农田灌溉以及果园菜圃和经济作物培植。
看完这之后您各位应该就能明白了吧，上文中小李家果园的地形，简直就是为了水锤泵量身定制的！
那么水锤泵到底是怎么工作的呢？要想弄明白这点，首先你得明白一个水力学现象：水锤！
所谓的水锤是指在有压管路中，由于如阀门突然关闭使水的流速突然归零从而引起水击现象，就像高速行驶的火车迎头撞上了一座大山，前面的车头停了，但后面的车厢在强大惯性力的作用下依然会使劲的往前挤。
管道内的水也是一样，当前面的水被突然关停，后面的水会以极大的惯性力继续冲撞前面的水，从而在相关区域内形成强大的增压效应，这就是水锤现象！
▲水锤的演示
▲水锤泵运行系统图
▲水锤泵的结构
说完水锤现象，咱们再来看看水锤泵，一个典型的水锤泵由泄水阀、输水阀、泵体、进气孔和空气罐组成，而水锤泵的一个工作过程往往包括下面三个步骤：
（1）初始时刻，泄水阀在重力或其他外力作用下开启，输水阀在上侧水压力作用下关闭，上池低落差的水能资源经由动力水管进入水锤泵、下池，并对泄水阀产生了驱使其关闭的作用力，当水流作用力大于重力或其他外力时，水推动泄水阀迅速关闭。
（2）由于泄水阀突然关闭，系统发生水锤作用，泵体内压力急剧增加.高压推动输水阀打开，水由泵体进入空气罐，进入空气罐内的水，一部分直接经由扬水管到达高位水池，而大部分则通过压缩空气暂时存储在空气罐内。
（3）由于空气罐压力增加，泵体压力减小，输水阀在上下压差作用下再次关闭，泄水阀在重力或其他外力作用下重新开启，水锤泵进入下一个工作过程，空气会在系统出现回流时进入水锤泵，并在下一工作过程输水阀打开时逸入空气罐；暂时储存在空气罐内的水，则借助压缩气体的缓慢膨胀，平稳地输送至高位水池。
如此周而复始的运动，水锤泵就将具有H高的部分水，源源不断地输送到h高的地方，这就是水锤泵不用电就能实现把水从低处输送往高处的神奇工作原理！
▲水锤泵的运行动态演示
然而我知道，看到这一定会有网友有这样的疑问：
“不对，你这个原理解释不通，因为它不遵守能量守恒定律！”
接下来，咱们就从真正的能量守恒角度来计算下，验证看看水锤泵是不是类似水变油的“伪科学”。
Let’s go！
在水锤泵的设计中，让水从低处往高处流动的动力来自于泄水阀突然关闭后管道压力最大升高量△P，接下来让我们一起来研究水锤泵内压力升高第一波传至管道入口时的情况。
假定管道断面积为A，管长为L，管道液体的初始流速为V，液体密度为p，压力波从泄水阀传至上游供水池进水口的时间为T，对这段时间运用动量方程，有△P?A?T=ρALV，所以△P=ρLV/T=CρV。
上面我所列的公式中，C=L/T为压力波在水中的传播速度，一般取C=1400m/s。
接下来我们计算水从2m高处经长引水管进入水锤泵后，突然关闭泄水阀产生的最大升高压力△P。
先由能量守恒定律mgh=mV?V/2求水流初始速度V，则V=6.3m/s，所以，突然关闭冲击阀门时产生的最大升高压力△P=CρV=1400×1000×6.3=8.8MPa。
8.8MPa是什么概念？一个大气压是0.1MPa，对应的是10米水柱，也就是说，水锤泵产生的最大升高压力为88个大气压，理论上可以达到880米的最大升限！
▲水锤泵对于山区尤其适用
所以从能量守恒角度来说，利用水锤泵的液压冲击原理，将2m下跌水流的一部分水量（划重点）通过泵提升到100m高处是不成问题的。
眼尖的小伙伴们可能看出来了，我上面用了一个词汇叫做“一部分水量”，啥意思呢？就是你得耗费10吨水的能量，才有可能把1吨水送上高处，而其余9吨水则只能作为提供能量的储备而已，从这点来说，水锤泵也不违背能量守恒定律。
如此神奇的水锤泵，到底有没有实际应用呢？当然有，而且还不少！
话说湖北黄冈市罗田县凤山镇祝家山村，是一个坐落于凤凰关水库的库区缺水村，饮水困难导致该村群众生活十分艰辛，特别是该村光彩小学140名师生被长期缺水所困扰，炊事员换了一任又一任，都为挑水难而相继辞工。
那位又要说了：“这个好办啊，找人打口井不就完了？”这个办法人们当然尝试过，2000年村民就请了专业打井队来打井，但是一直掘进到地下15m深仍未出水，后面连续换了很多地方也没成功，至此打井的想法被放弃。
那最后是怎么解决问题的呢？关键就是水锤泵！经过调研，黄冈市罗田县水利局总共花了不到5700元，在距村庄1千米外的溪流边安装了一台水锤泵，利用小溪本身的2米高差将水泵到30米高处光彩小学后山30立方米的大水池里，平时日供水能力7000升，最大日供水能力21000升，顺利解决了200名村民的饮水问题。
▲水锤泵对于山区尤其适用
当然了，随着咱们国家基建规模的不断扩大，现在还没有被电网覆盖的地区已经不多了，再加上水锤泵的应用对于地形的要求比较苛刻，所以不用电的水锤泵实际上并不多见，这也是多数网友不知道有这么一个“黑科技”的根本原因。
好了，今天的“黑科技水泵”就和大家聊到这里，如果你还想和胖先生了解更多科学小知识，那就动动小手关注下我，咱们下期再见！
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