水击现象演示
水击现象资料
02
• 阻尼：流体在管道或设备中 的摩擦、碰撞等 • 惯性：流体在运动过程中具 有的保持原有速度的性质
水击现象的主要类型及其特点
水击波：当流 体中的压力波 以音速传播时， 称为水击波
01
• 特点：传播速度快，能量大， 易导致管道和设备损坏
蒸汽水击：当 蒸汽与液态水 混合时，由于 密度差异和速 来自差异而产生 的水击现象03
水击现象的预防与应对措施
设计阶段的预防措施与方法
合理设计：在设计阶段，充分考虑管道和设备的水 击承受能力，合理选择管径、壁厚等材料
• 管径：选择合适的管径，以减小流体 在管道中的流速，降低水击风险 • 壁厚：选择合适的壁厚，以提高管道 的强度和刚度，抵抗水击冲击力
缓冲装置：在管道和设备上设置缓冲装 置，以减小水击现象的影响
水击现象深度解析
01
水击现象的基本概念与原理
水击现象的定义及其成因
水击现象是指 在流体（如水） 中，由于流速 突变或压力突 变而导致的现
象
01
• 流速突变：如阀门突然关闭、 泵的启停等 • 压力突变：如流体在不同高 度的压力变化
成因：水击现 象主要是由于 流体在管道或 设备中受到阻 尼和惯性作用
04
水击现象的研究进展与展望
水击现象的研究现状及分析方法
• 研究现状：水击现象的研究已取得一定的成果，但仍存在一些问题和挑战 • 理论研究：水击现象的理论研究已取得一定的进展，但仍有待进一步完善 • 实验研究：水击现象的实验研究相对较少，需要进一步开展
• 分析方法：水击现象的分析方法主要有数值模拟、实验研究和现场监测等 • 数值模拟：通过建立数学模型，对水击现象进行模拟分析，预测水击现象的发生和发展 • 实验研究：通过实验装置，对水击现象进行实验研究，验证理论分析和数值模拟的结果 • 现场监测：通过对管道和设备的现场监测，收集实际运行数据，为水击现象的研究和分析提供依据
5水击
3.2.5 负水击极值计算
A A 令y=(H0−H)/H0，以− y1 和− ym 分别代替前述公式中的 A ζ 1A 和ζ m ，并注意到此时σ<0即可。
5
3.3 阀门起始开度对水击的影响
水电站的µ和σ一般不变，ζA= ζA(µ, σ, τ0) = ζA(τ0) = ζA(t/Ts).
3.4 最大水击压力沿管道长度的分布
当t=0，H=H0，v=v0 边界条件
(1) 管道进口：H=H0 (2) 分岔管：H1=H2=H3=…=H；∑Qi=0 (3) 管道封闭端：Q=0 (4) 调压室：H1=H2=H3；∑Qi=0 (5) 水轮机：冲击式水轮机
或
v A A = Cd AG 2 gH A
q A = η A = τ 1 + ζ A ，其中τ=AG/AG0
A A ζ t A − ζ tA − 2( L − x ) c = 2 µ (ηt − 2( L − x ) c − ηt )
0
(2)
A A ζ tC 2 + µ (ηtB +x c = ζ t + x c −( L − x ) c − η t ) A B A ζ tB + x c −( L − x ) c − ζ t + x c −( L − x ) c− L c = 2 µ (ηt + x c−( L− x ) c − ηt + x c− ( L− x ) c− L c )
φ
B C
f D l=c∆t x A
连续方程
x x H − H = φ (t − ) + f (t + ) c c g x x v − v = − [φ (t − ) − f (t + )] c c c
水击现象
水击现象水击是有压管道中的非恒定流现象。
当有压管道中的伐门突然开启、关闭或水泵因故突然停止工作，使水流流速急剧变化，引起管内压强发生大幅度交替升降。
这种变化以一定的速度向上游或下游传播，并且在边界上发生反射，这种水流现象叫作水击，交替升降的压强称为水击压强。
产生水击现象的原因是由于液体存在惯性和可压缩性。
水击现象的实质上是由于管道内水体流速的改变，导致水体的动量发生急剧改变而引起作用力变化的结果。
水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时,由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就象锤子敲打一样,所以叫水锤。
水流冲击波来回产生的力，有时会很大，从而破坏阀门和水泵。
水锤效应”是指在水管内部，管内壁光滑，水流动自如。
当打开的阀门突然关闭，水流对阀门及管壁，主要是阀门会产生一个压力。
由于管壁光滑，后续水流在惯性的作用下，迅速达到最大，并产生破坏作用，这就是水利学当中的“水锤效应”，也就是正水锤。
在水利管道建设中都要考虑这一因素。
相反，关闭的阀门在突然打开后，也会产生水锤，叫负水锤，也有一定的破坏力，但没有前者大。
电动水泵合电压起动时，在不到1s的时间内，即可从静止状态加速到额定转速，管道内的流量则从零增加到额定流量。
由于流体具有动量和一定程度的可压缩性，所以，流量的急剧变化将在管道内引起压强过压或过低的冲击，以及出现“空化”现象。
压力的冲击将使管壁受力而产生噪声，犹如锤子敲击管子一般，称为“水锤效应”。
水锤效应具有很强的破坏作用，可导致管子的破裂或疮陷、损坏阀门和紧固件。
当切断电源而停机时，泵水系统的势能将克服电动机的惯性而命名系统急剧地停止，这也同样会引起压力的冲击和水锤效应。
为了消除水锤效应的严重后果，在管路中需要受到一系列缓冲措施和设备。
水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时,由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就象锤子敲打一样,所以叫水锤。
水流冲击波来回产生的力，有时会很大，从而破坏阀门和水泵。
水锤效应”是指在水管内部，管内壁光滑，水流动自如。
第六章 水击PPT课件
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3
水击波传播 的第一阶段-减速增压
由于阀门突然完全关闭，速度由v0立即变为零，相应压强升高 ΔP，水密度增加Δρ ，管道断面积增加ΔA。这种减速增压
的过程以波速c自阀门向上游传播的。在阀门关闭后t1=l/c 时， 压力波传至管路入口处。这时全管内液体都已停止流动，处于 被压缩状态，管子则处于膨胀状态。而此刻管内压力高于液罐 内的压力，出现不平衡，是一种不稳定状态。
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8
三、水击的分类
水击的相或相长：从阀门关闭产生增压波到上游反射回来的减压波又传到
阀门处为止，所需要的时间为2l/c，称之为水击的相或相长，用 0 来表示。
0
2l c
1、① 直接水击：当阀门关闭时间T < 0时，最早由阀门处产生的向
上游传播，而又反射回来的减压顺行波，在阀门全部关闭时还未到达
阀门处，在这种情况下，在阀门处产生最大的水击压力，称为直接水
强首先急剧增大，称为正水击。
② 负水击：当管道末端阀门突然开启时，管中流速突然增大而压强
则首先急剧降低，称为负水击。
.
9
四、水击压力的计算
当阀门突然关闭时，停下来△S 段液体的质量为ρA△S，这部分液体由于 阀门的阻挡和后面液体的惯性作用而被压缩，增大的总压力为△pA。由动 量原理可以得出
水击压力传播速度 其中，
流，而阀门仍然关闭无液体补充，以致阀门端的液体首先停
止运动，速度由-v0变为零，引起压强降低、密度减小与管壁
收缩。这个减速减压波由阀门向上游传播，当阀门关闭后 t3=3l/c 的时刻，减压波传递到管子入口处，全管内液体处于 低压的静止状态，管子由于抽吸负压处于收缩状态。此时， 液罐内压力高于管子内压力，又失去压力的平衡。
水击(水锤)
水击：又名水锤，在有压管道系统中，由于某一管路元件工作状态的改变，使液体流速发生急剧变化，同时引起管内液体压强大幅度波动的现象。
它是有压管道非恒定流问题中的一种。
管道中任一段面的流速、压强、液体的密度及管道直径，不仅与空间位置而且与时间有关。
它可能导致管道系统强烈震动、噪声和空蚀，甚至使管道严重变形或爆裂。
管道系统中阀门的急剧关闭及开启、水泵突然停机，以及在水电站运行过程中，由于电力系统负荷的改变而迅速启闭导水叶或闸阀等，都会产生水击。
具体到蒸汽管道，主蒸汽管道内疏水不彻底,残存有少量凝结水,高温蒸汽遇冷凝结,体积缩小，产生局部真空，水滴高速冲向真空区域,从而产生水击。
还有疏水管道内压力小于冷凝水的饱和压力造成了二次汽化，也是水击的原因。
解决的措施：1.按规程进行通汽操作，暖管之前打开疏水阀疏水，特别注意要缓慢开启阀门。
2.保持正常的疏水，及时排除冷凝水，避免汽水共存而发生水击。
3.稍微提高冷凝管操作压力，避免二次汽化。
水击water hammer有压管道中，液体流速发生急剧变化所引起的压强大幅度波动的现象。
管道系统中闸门急剧启闭，输水管水泵突然停机，水轮机启闭导水叶，室内卫生用具关闭水龙头，都会产生水击。
水击可导致管道系统的强烈震动，间接水击的计算需要知道流速随时间变化的关系，产生噪声和气穴。
掌握水击压强的变化规律对输水管道的设计，对消减水击的破坏作用，有很大的实际意义。
水击的基本问题是最大压强的计算，最大压强一般出现在发射波断面（如阀门处）。
水锤water hammer又称水击。
水(或其他液体)输送过程中，由于阀门突然开启或关闭、水泵突然停车、骤然启闭导叶等原因，使流速发生突然变化，同时压强产生大幅度波动的现象。
水锤效应是一种形象的说法.它是指给水泵在起动和停车时，水流冲击管道，产生的一种严重水击。
由于在水管内部，管内壁是光滑的，水流动自如。
当打开的阀门突然关闭或给水泵停车，水流对阀门及管壁，主要是阀门或泵会产生一个压力。
水击实验
（四水击实验一、实验目的要求：1、了解水击原理及水击产生的原因；2、了解水击清除的方法，水击的利用；二、实验装置：本实验仪器由恒压水箱、供水管、调压筒、水击室、压力室、气压表、扬水机出水管、水击发生阀、逆止阀、水泵、可控硅无级调速器、水泵过热保护器及集水箱等组成。
其装置如下图所示。
图1 水击装置图图中:1、恒压水箱2、扬水机出水管供水管3、气压表4、扬水机截止阀5、压力室6、调压筒7、水泵8、水泵吸水管9、供水管10、调压截止阀11、水击发生阀12、逆止阀13、水击室14、集水箱15、底座三、实验方法：1、打开供水开关；2、启动水击发生阀：启动阀11必须先向下推开，并使过水系统中的空气全部排出（打开调压筒截止阀可排出空气）。
然后松手，阀11就会自动地往复上下运动，时开时闭而发生水击。
3、测量水击压强：测量时，应全关闭阀10和4，且应关紧不漏水。
4、水击扬水实验：应全开阀4，全关阀10。
5、调压筒实验：应全关阀4，全开阀10。
6、流量调节：可通过调控可控硅无级调速器旋钮，改变流量大小。
7、其它注意事项：若供水管、压力室或阀10下部调压筒中的滞留空气未排净，或水质不洁等而导致逆止阀漏水，或集水箱水位偏低，都有可能使水击压强达不到额定值。
此时应按前述过程重新操作，或更换水质增加集水箱水量.四、实验原理：1、水击的产生和传播：水泵能把集水箱14中的水送入恒压供水箱1中，水箱1设有溢流板和回水管，能使水箱中的水位保持恒定。
工作水流自水箱1经供水管9和水击室13再通过水击发生阀11的阀孔流出，回到集水箱14。
实验时，先全关阀10和4，触发起动阀11。
当水流通过阀11时，水的冲击力使阀11上移关闭而快速截止水流，因而在供水管9的末端首先产生最大的水击升压。
并事水击室13同时承受到这一水击压强。
水击升压以水击波的形式迅速沿着压力管道向上游传播，到达进口以后，由进口反射回来一个减压波，使管9末端和水击室13内发生负的水击压强。
5.5 水击现象概述
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 t L / c 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。
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 t 4 L / c ，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。
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，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。
水击现象
水击现象水击是有压管道中的非恒定流现象。
当有压管道中的伐门突然开启、关闭或水泵因故突然停止工作，使水流流速急剧变化，引起管内压强发生大幅度交替升降。
这种变化以一定的速度向上游或下游传播，并且在边界上发生反射，这种水流现象叫作水击，交替升降的压强称为水击压强。
产生水击现象的原因是由于液体存在惯性和可压缩性。
水击现象的实质上是由于管道内水体流速的改变，导致水体的动量发生急剧改变而引起作用力变化的结果。
水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时,由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就象锤子敲打一样,所以叫水锤。
水流冲击波来回产生的力，有时会很大，从而破坏阀门和水泵。
水锤效应”是指在水管内部，管内壁光滑，水流动自如。
当打开的阀门突然关闭，水流对阀门及管壁，主要是阀门会产生一个压力。
由于管壁光滑，后续水流在惯性的作用下，迅速达到最大，并产生破坏作用，这就是水利学当中的“水锤效应”，也就是正水锤。
在水利管道建设中都要考虑这一因素。
相反，关闭的阀门在突然打开后，也会产生水锤，叫负水锤，也有一定的破坏力，但没有前者大。
电动水泵合电压起动时，在不到1s的时间内，即可从静止状态加速到额定转速，管道内的流量则从零增加到额定流量。
由于流体具有动量和一定程度的可压缩性，所以，流量的急剧变化将在管道内引起压强过压或过低的冲击，以及出现“空化”现象。
压力的冲击将使管壁受力而产生噪声，犹如锤子敲击管子一般，称为“水锤效应”。
水锤效应具有很强的破坏作用，可导致管子的破裂或疮陷、损坏阀门和紧固件。
当切断电源而停机时，泵水系统的势能将克服电动机的惯性而命名系统急剧地停止，这也同样会引起压力的冲击和水锤效应。
为了消除水锤效应的严重后果，在管路中需要受到一系列缓冲措施和设备。
防止产生直接水锤破坏的措施1）缩短压力管道的长度；2）延长阀门关闭的时间；3）由于水工建筑物布置的条件所限制，当压力管道的长度不能改变，可以在靠近阀门的地方修建调压井，缩小水击压强影响的范围，减小水击压强值（2）水击波的传播和水击波速水击是以压力波的形式在有限的管道边界内进行传播和反射的。
水击现象及其预防ppt课件
放出一定数量的液体，从而减弱高压波，防止水击呵斥危害。
泄放阀设置在能够产生高压波的地点，即首站和中间泵站的出站端、中间泵站和末站的入口端。
Байду номын сангаас
假设泵站配备调速输油泵机组，在调理阀节流与封锁一台泵两种动作之间，尚可添加调速泵机组 降速运转动作。上述上、下游泵站调理阀的节流幅度，根据水击分析结果确定。当各泵站采取的动作 已到达水击分析结果所定压力与流量要求时，即不再继续执行下一步维护动作。
3. 泄放维护 泄放维护是在管道的一定地点安装公用的泄放阀，当出现水击高压波时，经过阀门从管道中泄
2．超前维护 超前维护是在产生水击时，由管道控制中心迅速向上、下游泵站发出指令，上、下游泵站立刻
采取相应维护动作，产生一个与传来得水击压力波相反的扰动，两波相遇后，抵消部分水击压力 波，以防止对管道呵斥危害。超前维护是建立在管道高度自动化根底之上的一项自动维护措施。
当管道末站阀门因误操作而全部封锁时，上游各泵站当即接受指令顺序全部封锁。某一中间泵 站忽然封锁时，那么指令上游各泵站按照调理阀节流、封锁一台输油泵、封锁两台输油泵……的顺序 动作，同时指令下游泵站也按照上述顺序动作。
《水力学》课件——第十章 有压管道中的非恒定流动
承前页例，t = 2.5L/c
p
B
A
1/2L
在(c)段
L
在(b)段
L
在(a)段
p
B
A
B
A
四.水击压强的确定
水击计算的主要目的是确定最大水击增压值。最大水击压强 一定发生在阀门断面A处，而且只可能发生在关闭时间段内的各 相末。如果是直接水击，A处在第一相末的水击压强即为最大水 击压强。间接水击的最大水击压强可能发生第一相末，称为第一 相水击；也可能发生在关闭时间段内的最后一相末，称为末相水 击。取决于阀门的关闭规律。
用叠加法分析阀门逐渐关闭情况下任意时刻管中的压强增量分布
关闭时间TS 关闭方式
流速、压强 变化规律
水击增压波 波前形状
例如T S= 1.0 L/c，关闭方式：流速线性减小， 从v0 减至零。压强从零线性增至 p = cρv0
水击增压波 波前形状
p L
用叠加法分析阀门逐渐关闭情况下任意时刻管中的压强增量分布
§10—3 调压系统的液面振荡
一.U形管中的液面振荡
等直径U形管中的液面
振荡是非恒定管道流动最源自简单的一种情况。重力和0
2
2
z
0
惯性力的相互作用，造成 管中液面的振荡，阻力则
1
1
使振幅衰减。由于运动要
素随时间变化并不剧烈，
可认为流体不可压缩。
连 续 方 程 显 然 为 v=F(t) ， 在 如 图 坐 标 系 中 ， v=dz/dt ， 能量方程成为
p
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
t /L/c
距A 2/3L 断面
p
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
水击现象演示
水击现象演示.史浴JI淫U上木k的;创"痞门片：二13%執HI岸対•灯昭E泳1、恒压供水箱；2、水击扬水机出水管；3、气压表；4、扬水机截止阀;压力室;6调压筒；7、水泵；8、水泵吸水管；9、供水管；10、调压筒截止阀;11、水击发生阀；12、逆止阀；13、水击室；14、集水箱；15、底座。
水泵7能把集水箱14中的水送入恒压供水箱1中，水箱1设有溢流板和回水管，能使水箱中的水位保持恒定。
工作水流自水箱1经供水管9和水击室13,再通过水击发生阀11的阀孔流出，回到集水箱14。
5、自循环水击综合实验仪如下图所示:实验时，先全关阀10 和4，触发起动阀11。
当水流通过阀11 时，水的冲击力使阀11 向上运动而瞬时关闭截止水流，因而在供水管9 的末端首先产生最大的水击升压，并使水击室13 同时达到这一水击压强。
水击升压以水击波的形式迅速沿着压力管道向上游传播，到达进口以后，由进口反射回来一个减压波，使管9 末端和水击室13 内发生负的水击压强。
通过阀11和12的操作过程观察到水击波的来回传播变化现象，即阀11关闭，产生水击升压，使逆止阀12克服压力室 5 的压力而瞬时开启，水也随即注入压力室内，并可看到气压表 3 随着产生压力搏动。
然后，在进口传来的负水击作用下，水击室13 的压强低于压力室5，使逆止阀12关闭，同时水击阀11 在负水击和阀体自重的共同作用下，向下运动而自动开启。
这一动作既观察到水击波的传播变化现象，又能使本实验仪保持往复的自动工作状态，即阀11开启，水自阀孔流出，又回到这一动作的初始状态，这样周而复始，阀11 不断地启闭，水击现象也就不断地重复发生。
通过逆止阀12、压力室 5 和气压表 3 组成水击压强的定量观察装置，随水击的每次升降压，通过逆止阀12 都向压力室 5 注入一定的水流，而压力室 5 是密闭的，这样就可从与压力室 5 相连的气压表 3 上测量压力室 5 空腔中的压强，如是逆止阀12 不开启时的压强就是产生的最大水击压强值。
清华水力学实验11水击
清华大学水利水电工程系水力学实验室水 力 学流体力学课程教学实验指示书 管道水击现象演示实验原理简介z 水击现象是一种典型的有压管道非恒定流问题，在水击现象中，由于压强变化急剧，必须考虑流体的压缩性及管道的弹性。
水击现象可大致作如下描述：有压管道流动的流量突变→流速突变→由于流动的惯性，造成压强大幅波动→流体的压缩性和管道的弹性使波动在管道中以有限的速度传播。
z 以阀门突然关闭为例，将有一个增压、增密度、增管道断面积、减流速的过程从阀门向上游传播，压强、流速、密度、管道断面积的间断面在管道中运动，这就是水击波。
一. 水击波的压强增值z 在已知水击波传播速度c 的条件下，压强增量Δp 与流速大小增量Δ的关系为 v ΔΔp c =−v ρ.二. 水击波的传播速度z 水击波传播速度为 )d d 1d d 1(1p A A p c +=ρρρ. 式中 K p 1d d 1=ρρ，K 为液体的体积弹性系数，p A A d d 1 反映管壁的弹性，对于直径为 D 的圆管， δE D p A A =d d 1，其中E 为管壁材料的弹性系数，δ为管壁厚度。
于是 δρδρE DKK E D K c +=+=1/)1(1.若忽略管壁的弹性，即认为 ∞=E ，则 c Kp0==ρρd d ，为声波速度（水中约为1435 m/s ）。
所以δE DKc c +=10. 水电站引水管的 100≈δD ，. c ≈1000m/s 三. 水击现象的分析z 为了更清晰地说明水击波传播、反射、叠加的发展过程，考察上游水库与阀门间的长度为L 的直圆管（BA ）中因阀门A 突然完全关闭发生的水击现象，认为弹性力与惯性力起主要作用，忽略水头损失和流速水头。
在理解了水击波在A 处的正反射和B 处的负反射之后，可以列出 ，c L t/0<<c L t c L /2/<<，c L t c L /3/2<<，c L t c L /4/3<< 四个阶段水击现象的物理特性。
水击
在管壁材料强度允许的条件下，应当选用直径较大， 管壁较薄的水管。
水击波传播的速度
根据质量守恒原理可推导出水击波的传播速度
c
c0
(1 D K )
E
c：0 声波在水中的传播速度 c0 1435m/s
K——液体的弹性系数 E、D、δ——管壁材料的弹性模量、管径、管壁厚度
2、减压顺波
H
c H
B
v0
v=0 A
L
阶段 时段
速度 变化
流速方向
压强变化
水击波 传播方向
运动状态
液体状态
(b) L/c<t<2L/c 0 → -v0 阀门→水库 恢复原状 水库→阀门 减速减压 恢复原状
h0
B
v0
A
L
时刻
全管速度
全管压强 水头
水击波 到达
t=2L/c
v= -v0
H
A点
液体状态
v= v0
h0
A点
复原
状
态
阶段 时段
速度 变化
流速方向
压强变化
水击波 传播方向
运动状态 液体状态
(a) 0<t<L/c v0→0 水库→阀门 增高p 阀门→水库 减速增压 压缩 (b) L/c<t<2L/c 0 → -v0 阀门→水库 恢复原状 水库→阀门 减速减压 恢复原状 (c) 2L/c<t<3L/c -v0→0 阀门→水库 减低p 阀门→水库 增速减压 膨胀
若关闭阀门所经历的总时间为Ts，则可将它分成n 个时段△t1， △t2 ，…… △tn ， Ts =∑△t1 ，
9、输油管道的水击分析解析
括超高压或超低压）；二是减轻管道运行参数的脉动， 维持管道的平稳运行。用于控制水击过程的装置和措施 很多，根据其作用原理可分为两类：
一类是从改变流速变化过程的角度考虑，如采用气 体缓冲罐、水击罐等，设计合理的阀门开、关程序和停 泵控制过程，减缓流体瞬变过程。例如在停电站上、下 游的泵站上停一台泵，以适应事故站的流量变化等。另 一类是使用各种压力保护设备，防止管道超过允许工作 压力。如各种泄压装置、回流保护系统和逻辑控制顺序 停泵技术等。
当水击波传播到水库或水池或者回到阀门处，水击波将产生反射，这种反射 的水击波称为间接波。
当水击波传播到水库或水池，水击波将发生反射，这种反射波是等值异号反
射，即入射的是增压波，反射将减压波，反之亦然。水击波传播到阀门处将产生 等值同号反射，即入射的是增（减）压波，反射的也是增（减）压波。由于摩擦 阻力的作用，水击波在管道内的传播将逐渐衰减，最后达到平衡状态。
输油管道的水击分析
1）调节阀控制 管道系统中的调节阀是一种阻力可变的节流元件。 通过改变阀门的开度，可以改变管道系统的工作特性， 从而实现调节流量，改变压力的目的。 2）压力保护控制 采用密闭输送流程的管道，除采用调节阀控制泵站 进、出口压力外，还使用压力保护装置，用于防止管道 超压。 泄压阀：泄压阀系统作用是当管道系统产生扰动时，在 超压点把部分甚至全部液体泄放到常压罐中，以减轻瞬 变压力波动，防止瞬变压力造成的危害。泄压系统一般 由三部分组成：泄压阀、泄压罐和连接管道。
击）：
P
C(V0
V)
g
C(V0
V)
P
CV0
g
CV0
防止水击的措施
实验七 管道水击实验
实验七管道水击实验一、实验目的及要求实验目的：通过本实验仪器的运转过程，观察水击波传播、水击扬水、调压筒消减水击等现象，以及水击压强的量测，加强对水击现象的感性认识。
实验要求：1．观察管道水击现象的发生、传播与消失过程，增强对水击现象的感性认识。
利用实测数据，计算水击波的传播速度。
2．量测水击引起的压强增量，加深对水击影响的定量认识。
3．通过调压室水位振荡现象的演示，以及使用调压室前后水击压强增量的变化情况，了解调压室消减水击压强的作用。
二、实验仪器水击与调压室现象演示设备如图。
供水箱有溢流装置，可保证实验水流为恒定流。
采用容易膨胀变形的橡胶软管作实验管段，大大降低水击波速，易于演示水击波传播过程，在实验管段的上、下游端部安装接触式指示灯，以显示水击波传播往复情况。
在胶管下游安装钢管，上装快速阀门。
在阀门前安装粗玻璃管以模拟调压室。
三、实验原理水击现象是一种典型的有压管道非恒定流问题，在水击现象中，由于压强变化急剧，必须考虑流体的压缩性及管道的弹性。
水击现象可大致作如下描述：有压管道流动的流量突变→流速突变→由于流动的惯性，造成压强大幅波动→流体的压缩性和管道的弹性使波动在管道中以有 限的速度传播。
以阀门突然关闭为例，将有一个增压、增密度、增管道断面积、减流速的过程从阀门向上游传播，压强、流速、密度、管道断面积的间断面在管道中运动，这就是水击波。
一、水击波的压强增值在已知水击波传播速度a 的条件下，压强增量∆p 与流速大小增量∆v 的关系为:v a v v a p ∆-=∆ρρ＝)(0二、水击波的传播速度水击波传播速度为：)11(1dp dA A dp d a +=ρρρ 式中K dp d 11=ρρ，K 为液体的体积弹性系数，dpdA A 1反映管壁的弹性，对于直径为D 面积为A 的圆管，δE D p A A =d d 1，其中E 为管壁材料的弹性系数，δ为管壁厚度。
于是 δρδρD E K KE D K a ⋅+=+=1)1(1若忽略管壁的弹性，即认为E =∞，则ρρd dp Ka ==0 为声波速度（水中约为1435m/s ）。
水击现象
水击现象水击是有压管道中的非恒定流现象。
当有压管道中的伐门突然开启、关闭或水泵因故突然停止工作，使水流流速急剧变化，引起管内压强发生大幅度交替升降。
这种变化以一定的速度向上游或下游传播，并且在边界上发生反射，这种水流现象叫作水击，交替升降的压强称为水击压强。
产生水击现象的原因是由于液体存在惯性和可压缩性。
水击现象的实质上是由于管道内水体流速的改变，导致水体的动量发生急剧改变而引起作用力变化的结果。
水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时,由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就象锤子敲打一样,所以叫水锤。
水流冲击波来回产生的力，有时会很大，从而破坏阀门和水泵。
水锤效应”是指在水管内部，管内壁光滑，水流动自如。
当打开的阀门突然关闭，水流对阀门及管壁，主要是阀门会产生一个压力。
由于管壁光滑，后续水流在惯性的作用下，迅速达到最大，并产生破坏作用，这就是水利学当中的“水锤效应”，也就是正水锤。
在水利管道建设中都要考虑这一因素。
相反，关闭的阀门在突然打开后，也会产生水锤，叫负水锤，也有一定的破坏力，但没有前者大。
电动水泵合电压起动时，在不到1s的时间内，即可从静止状态加速到额定转速，管道内的流量则从零增加到额定流量。
由于流体具有动量和一定程度的可压缩性，所以，流量的急剧变化将在管道内引起压强过压或过低的冲击，以及出现“空化”现象。
压力的冲击将使管壁受力而产生噪声，犹如锤子敲击管子一般，称为“水锤效应”。
水锤效应具有很强的破坏作用，可导致管子的破裂或疮陷、损坏阀门和紧固件。
当切断电源而停机时，泵水系统的势能将克服电动机的惯性而命名系统急剧地停止，这也同样会引起压力的冲击和水锤效应。
为了消除水锤效应的严重后果，在管路中需要受到一系列缓冲措施和设备。
防止产生直接水锤破坏的措施1）缩短压力管道的长度；2）延长阀门关闭的时间；3）由于水工建筑物布置的条件所限制，当压力管道的长度不能改变，可以在靠近阀门的地方修建调压井，缩小水击压强影响的范围，减小水击压强值（2）水击波的传播和水击波速水击是以压力波的形式在有限的管道边界内进行传播和反射的。
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水击现象演示
1
2
自循环水击综合实验仪如下图所示：
1、恒压供水箱；
2、水击扬水机出水管；
3、气压表；
4、扬水机截止阀；
5、压力室；
6、调压筒；
7、水泵；
8、水泵吸水管；
9、供水管；10、调压筒截止阀；
11、水击发生阀；12、逆止阀；13、水击室；14、集水箱；15、底座。
水泵7能把集水箱14中的水送入恒压供水箱1中，水箱1设有溢流板和回水管，能使
水箱中的
水位保持恒定。
工作水流自水箱1经供水管9和水击室13，再通过水击发生阀11的阀孔流出，回到集水箱14。
实验时，先全关阀10和4，触发起动阀11。
当水流通过阀11时，水的冲击力使阀11向上运动
而瞬时关闭截止水流，因而在供水管9的末端首先产生最大的水击升压，并使水击室13同时达到这一水击压强。
水击升压以水击波的形式迅速沿着压力管道向上游传播，到达进口以
后，由进口反射回来一个减压波，使管9末端和水击室13内发生负的水击压强。
通过阀11和12的操作过程观察到水击波的来回传播变化现象，即阀11关闭，产生水击升压，使逆止阀12克服压力室5的压力而瞬时开启，水也随即注入压力室内，并可看到
气压表3随着
产生压力搏动。
然后，在进口传来的负水击作用下，水击室13的压强低于压力室5，使逆止阀12关闭，同时水击阀11在负水击和阀体自重的共同作用下，向下运动而自动开启。
这一动作既观察到水击波的传播变化现象，又能使本实验仪保持往复的自动工作状态，即阀
11
开启，水自阀孔流出，又回到这一动作的初始状态，这样周而复始，阀11不断地启闭，水击现象也就不断地重复发生。
通过逆止阀12、压力室5和气压表3组成水击压强的定量观察装置，随水击的每次升
降压，通
过逆止阀12都向压力室5注入一定的水流，而压力室5是密闭的，这样就可从与压力室5相连的气压表3上测量压力室5空腔中的压强，如是逆止阀12不开启时的压强就是产生的
最大水击
压强值。
水击的利用是由图中1、9、11、12、13、5、4、2等组成的水击扬水机来演示的。
当打
开阀4
时，由于压力室5内的空腔气压大于大气压，在水击升降压作用下，通过逆止阀12向压力室
注水后形成的压力室空腔气压的作用，水流经水击扬水机出水管2流出，这样就可利用水击实现提水。
本扬水机扬水高度为37 cm，超过恒压供水箱的液面达1.5倍的作用水头。
通过调压筒(井)的开启可以消除水击的危害，当阀11全开下的恒定流动时，调压筒中
维持低
于库水位的固定自由水面。
当阀11突然关闭时，供水管9中的水流因惯性作用继续向下流
动，流入调压筒，使其水位上升，一直上升到高出库水位的某一高度后才停止上升，这时全
管
流速等于零，流动处于暂时停止状态，止时调压筒中水位达到最高点，由于调压筒最高水位
高于库水位，水体作反向流动，从调压筒流向水箱，调压筒中水位逐渐下降，直到反向流速等于零为止，此时调压筒中水位降到最低点。
此后，供水管中的水流又开始流向调压筒，调压筒中水位回升，这样通过调压筒中水位往返上下波动，由于供水管调压管的阻力作用逐渐
衰减，直至最后调压筒水位稳定在库水位，从而消除水击的危害。
1、接通电源，打开可调级电源开关(顺时针方向逐渐减小)，调节开关，使恒压供水箱
内水面平稳。
2、关闭阀10和4，用手触动水击发生阀11，观察水击现象。
3、打开阀4，观察扬水机工作情况。
4、打开阀10，观察调压井消除水击的情况。
5、逆时针方向关闭电源开关。
1
2
1、水击波与波浪有何区别?
2、水击发生阀为何能不停的上下跳动?
3、扬水机是怎样扬水的?
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