流体力学5-7剖析.ppt

5—7 有压管中的水击 有压流：满管道流动 无压流：具有自由液面的流动（明渠、排水管）,1. 水击现象 1）水击——在有压管路中流动的液体，由于某种外界原因（如阀门突然关闭、水泵或水轮机组突然停车等），使得液体流速发生突然变化，并由于液体的惯性作用，引起压强急剧升高和降低的交替变化，这种现象称为水击升压和降压交替进行时，对于管壁和阀门的作用如同锤击一样，因此水击也称为水锤 2）水击产生的原因： 外因：边界条件突然改变，引起流速急剧变化；管壁材质的弹性 内因：液体的可压缩性和惯性 3）分析：水击现象只发生在液体中，因气体的压缩性很大，而液体的压缩性较小，故当液体的压强急剧升高或降低时就会产生水击；管壁具有足够的刚性才能产生水击；如果液体是不可压缩的，管壁是完全刚性的，则水击压强可达到无限大 水击实例：12004.11.07日本静冈中部电力公司滨冈核电厂，因冷却系统“L”管积水与水蒸气相遇时，急速膨胀产生强烈冲击波，从而造成水击是罐线破裂，当场4人死亡，7人伤2.岳阳电厂引进英国2台机组，因高压加热器水位超高，激发另一高压加热器给水自动跳旁路，紧接着给水泵母管压力急剧波动产生水击，引起锅炉给水管道大幅摆动，部分吊架拉断，疏水管拉断3根，水外喷，机组停运！3.大庆-秦皇岛2条长974m.直径720mm管线密闭输油系统水击破坏。

4 哈尔滨某厂4台蒸汽锅炉运行时，因锅炉严重满水，使水从主气阀溢出至另一锅炉的蒸汽管道，水与蒸汽相遇发生水击破坏建筑消防系统的能力暂时过剩，可能引起系统超压水击破坏水击实例： 12004.11.07日本静冈中部电力公司滨冈核电厂，因冷却系统“L”管积水与水蒸气相遇时，急速膨胀产生强烈冲击波，从而造成水击时管线破裂，当场4人死亡，7人受伤 2.岳阳电厂引进英国2台机组，因高压加热器水位超高，激发另一高压加热器给水自动跳旁路，紧接着给水泵母管压力急剧波动产生水击，引起锅炉给水管道大幅摆动，部分吊架拉断，疏水管拉断3根，水外喷，机组停运！ 3.大庆-秦皇岛2条长974m、直径720mm管线密闭输油系统水击破坏 4 .哈尔滨某厂4台蒸汽锅炉运行时，因锅炉严重满水，使水从主气阀溢出至另一锅炉的蒸汽管道，水与蒸汽相遇发生水击破坏 5 .建筑消防系统的能力暂时过剩，可能引起系统超压水击破坏2．水击的传播过程（以较简单的阀门突然关闭为例） 水击的四个阶段： （1）增压波由阀门向管路进口传播阶段：动量由mv0 0,液体以（mv0-0)的 力作用于阀门，使压强增高，水被压缩，管壁膨胀 0 t l/c （2）常压波由管路进口向阀门传播阶段： l/c t 2l/c （3）减压波由阀门向管路进口传播阶段：2l/c t 3l/c （4）常压波由管路进口向阀门传播阶段：进口压强比水池低，水向下游流动 3l/c t 4l/c 一个周期的时间： t=4l/c 水击波在管内传播一个来回所需时间：t=2l/c ←一个相长 。

3．压强变化图（以阀门处为例） 阀门处的压强最先发生升高、降低，且持续时间最长进口处只在瞬间发生，而其它各段在两者之间，故阀门处的危害最大因流动阻力，管壁、水变形做功，逐渐消耗水的能量，实际阀门处水击波压强 是衰减的 结论：由于阀门突然关闭或水泵突然停车，因水的惯性与可压缩性，流速突然变化而造成压强的变化，于是产生水击4. 水击压强计算 为了保证压力管路及供水系统安全运行，在管路设计时，应充分考虑水击压强1）直接水击——当闭阀时间Ts 2l/c时，从水池反回来的弹性波未达到阀门 前，阀门已关闭完.按儒柯夫斯基公式计算：,c0—声波在水中的传播速度； D—管径； δ—管壁厚度； k—水的弹性模量，查表； E—管材弹性模数； V—关阀后速度； V0 —水击前的平均速度1 若阀门突然关闭（v=0),即可得最大水击压强：△H = v0 c/g 或：△p =ρc v0 2 水击波速c可用以下公式计算：,,,（2）间接水击——若阀门关闭时间T s2l/c时，反射回来的降压波与阀门 继续关闭产生的增压波相抵减，从而使阀门处的压强增值不能达到最大，此 种水击为间接水击间接水击水击压强计算式：,,T s ——阀门关闭时间 T——水击波相长。

T =2l/c,,5．停泵水击简介 因水泵突然停机而引起的水击 特点：首先出现压强的降低，而后逆止阀关闭，使靠近阀门处的压强升高， 从而产生水击 简介：当水泵因某种原因突然关闭时，紧靠水泵处压水管内的一层水体压力降低，甚至出现真空此时管中水流在惯性作用下仍将继续向高位水箱供水，然后又在重力和压差的作用下倒流向水泵，关闭逆止阀，使靠近阀门处的一层水体压强升高，从而发生水击如果不设逆止阀，虽然可减轻水击压强，但因水流会使水泵带动电机反转，从而造成机 组的强烈震动，使零部件遭受损坏6 水击的危害：轻微时引起噪声和管路振动；严重时则造成阀门损坏，管路接头断开，甚至引起管路的爆裂 水击引起的压强降低，使管内形成真空，有可能使管路扁缩而损坏 7 水击的利用 ：例如，水击泵便是利用水击原理设计的一种无动力扬水设备，这种设备对于无动力和电源的地方是很方便的8 水击危害的预防 （1） 在管道的适当处设置安全瓣等缓冲空间，如空气室、调节井等，以便在水击发生瞬间将部分水从管中放出，或把部分空气引入管中 （2） 在水泵的压水管路上设置缓慢关闭的逆止阀，如油阻尼逆止阀。

作用：延缓关阀时间，避免直接水击 （3） 安装消除水击的设备，如水击消除阀、减压阀 作用：过载保护 （4） 限制管中的流速，减小管道长度，增加管道弹性等小结,本章采用恒定流三大方程以及能量损失公式，研究孔口、管嘴、管路出流的规律 孔口出流按出流的下游条件，分为自由与淹没出流薄壁小孔自由出流与淹没出流的流量计算公式基本相同： 不同的是自由出流的作用水头为上游断面的总水头，它与孔口在壁面上的位置高低有关；而淹没出流的作用水头为上下游断面的总水头之差淹没出流与孔口在壁面上的位置高低无关 圆柱形外管嘴的过流能力大于相同条件下孔口的过流能力，这是由于流股收缩断面处真空的抽吸作用管嘴流量计算公式与孔口相同，但流量系数不同（为0.82） 工程中，为了保证圆柱形外管嘴的正常工作，一般要求管嘴出流的作用水头H09m水柱，管嘴长度L=(3-4)d简单管路的总阻力损失与流量的平方成正比，即 串联管路（无中途分流或合流）中各管段的流量相等，阻力叠加，总管路的阻抗等于各管段阻抗叠加并联管路中各节点上的总流量为各支管流量之和，并联各支管上的阻力损失相等，总阻抗平方根倒数等于各支管阻抗平方根倒数之和， 例如三管串联与并联： 串联 :,并联,例题 ：如图已知水泵的功率N=25kW，流量Q=60L/s，水泵的效率ηp=75%,L1=8m,L2=50m,d1=250mm,d2=200mm, λ=0.025,底阀ξ=4.4，一个弯头ξ=0.2，阀门ξ=0.5，逆止阀ξ=5.5，水泵的允许真空度[hv]=6m,求： 1、水泵的安装高度zs; 2、水泵的提水高度Hg.,解：,,,以水池水面为基准面0－0，先对0－0与水泵进口前1－1列能量方程：,仍以水池水面为基准面0－0，对0－0与水塔水面2－2列能量方程：,,,,一、判断题 1、在抽水系统中，水泵扬程Hm即为提水高度Z。

） 2、在同一水头作用下，出流直径相同的管嘴与孔口，管嘴出流量大于孔口出流量 ） 3、水泵的安装高度取决于水泵的允许真空值、供水流量和水头损失 ） 4、大孔口与小孔口都可认为其断面上压强、流速分布均匀，各点作用水头可以认为是一常数 ） 二、选择题 1、在简单管道的计算中 （ ） A．hf = 0 B．hj = 0 C．hf 沿程不变 D．Q沿程不变 2. 在相同作用水头下，管嘴出流比孔口出流的流量增大是因为 （ ） A．进口收缩 B．进口条件不同 C．作用水头不同 D．收缩断面出现真空,三、填空题 1、枝状管网的水利计算，在工程中是常见的，全程的水利损失或压头损失计算，通常是各管段损失的叠加，若计算其所用水泵或风机所需的扬程H或风压P，应取 管段计算，其它各支管不应加入 2．根据管道中水击波传播时间与阀门关闭时间的对比关系，水击可分类为 ： （1） 和 （2） 3、串联管路总的综合阻力系数S等于各管段的 叠加 4、并联管路总的综合阻力系数S与各分支管综合阻力系数的关系为（ ） 5、淹没出流是指液体通过（ ）时的流动。

复习：153-156； 习题：12. 14； 预习：161-170.,。