5.5--水击现象

水击简介一、水击现象当液体在压力管道中流动时，由于某种外界原因（如阀门的突然开启或关闭，或者水泵的突然停车或启动，以及其它一些特殊情况）液体流动速度突然改变，引起管道中压力产生反复的、急剧的变化，这种现象称为水击（或水锤）。二、危害①水击现象发生后，引起压力升高的数值，可能达到正常压力的几十倍甚至几百倍，而且增压和减压交替频率很快，反复的冲击会使金属表面损坏，打出许多麻点，轻者增大了流动阻力，重者损坏管道及设备，使其产生变形，严重时会造成管道的破裂。②压力的反复变化会使管壁及设备受到反复的冲击，发出强烈的振动和噪音，尤如管道受到锤击一样，故又称为水锤。三、应用水锤泵（又称水锤扬水机）就是利用水击压力变化反复工作的，且不需要任何其它动力设备。四、水击的传播过程长度为L的管道，上游M点连接水池，下游N点装有闸门，水击前管道内的流动速度为v。1．压缩过程阀门突然关闭，首先在N-N断面上液体停止了流动，同时压力升高ph。然后相邻的另一层液体也停止了流动，压力也相应升高ph。这种压力升高以水击波的传播速度c由阀门N处一直向管道进口M传播。经时间传到管道进口，这时整个管道中压力都升高到p+ph。液体受到压缩，密度增高，管壁膨胀，这是一个减速增压的压缩过程。/tLc2．压缩恢复过程压缩过程结束后，管道中压力比容器中压力高了ph。在压力差ph的作用下，管道中的液体将以速度v由管道流回容器内，如图（b）所示。与此同时，这层液体的压力由p+ph恢复到正常的压力p，管壁的膨胀也得到恢复，这种恢复以水击波的传播速度c向管道末端N-N传播。从阀门关闭时间算起，经过时间后，由M-M传播到N-N断面，使整个管道都恢复到正常数值。该过程是一个增速减压的压缩恢复过程。2/tLc3．膨胀过程(惯性作用)压缩恢复过程结束后，液体并不能停止流动，在惯性的作用下，液体还将以速度v继续向容器内流动，阀门N-N处液体首先减少，使其压力由p降低到p-ph。因而液体密度减小，体积膨胀，管壁相应收缩，同时液体的流动速度也降为零。这一膨胀仍以水击波速度c向M-M断面传播,如图（c）所示。从阀门关闭时间算起，经过时间后，使管道中的液体都处于膨胀状态，压力比正常情况下的压力降低了ph。此过程为减速减压的膨胀过程。3/tLc4．膨胀恢复过程膨胀过程结束后，由于容器内的压力高于管道内的压力，在压差的作用下，液体以速度v流向管内,最先使管道进口M处的压力恢复到正常情况。然后压力的恢复由M断面以水击波的传播速度c向N断面传播。从关闭阀门时算起，经过时间，完成了增速增压的膨胀恢复过程，使整个管道中液体的压力、密度都恢复到了正常值，完成了一个周期的水击变化过程。由于流体的惯性作用，管中流体仍以速度v向下流动，但阀门关闭，流体被阻止，于是又重复刚才的过程。4/tLc五、水击压强计算vdtAcvvm)()(12控制体内流体轴向动量变化：控制体轴向合外力：AppAApphh)(有动量方程：AcvdtvdtAcAph)(得水击压强：cvph六、消除水击的措施①尽可能的延长阀门的启闭时间，缩短管道长度。②减小流速。（一般液压系统中最大流速限制在5～7m/s左右,给水管网中3m/s）。③采用过载保护，在可能产生水击的管道中装设安全阀、调压塔、溢流阀和蓄能器等以缓冲水击压力。④增加管道弹性，例如液压系统中，铜管和铝管就比钢管有更好的防水击性能，或采用弹性较大的软管，如橡胶或尼龙管吸收冲击能量，则可更明显地减轻水击。