第五章 孔口管嘴管路流動(改)

1、第五章第五章 孔口管嘴管路流動孔口管嘴管路流動 本章將運用前幾章中的流體力學理論，主要是流本章將運用前幾章中的流體力學理論，主要是流體連續(xù)性方程、能量方程和能量損失規(guī)律，研究孔口、體連續(xù)性方程、能量方程和能量損失規(guī)律，研究孔口、管嘴與有壓管道的過流能力（流量）、流速及壓強的管嘴與有壓管道的過流能力（流量）、流速及壓強的計算及其工程應(yīng)用。另外還將介紹有壓管中的水擊現(xiàn)計算及其工程應(yīng)用。另外還將介紹有壓管中的水擊現(xiàn)象。象。 孔口、管嘴出流與有壓管流是工程中最常見的流孔口、管嘴出流與有壓管流是工程中最常見的流動現(xiàn)象。例如通風工程中通過門、窗的氣流；給排水動現(xiàn)象。例如通風工程中通過門、窗的氣流；給排水工

2、程中的各類取水；泄水孔口中的水流；以及某些流工程中的各類取水；泄水孔口中的水流；以及某些流量測量設(shè)備中的流動等均與孔口出流有關(guān)。消防水槍量測量設(shè)備中的流動等均與孔口出流有關(guān)。消防水槍則屬于管嘴出流。有壓管流則是市政建設(shè)、給水排水、則屬于管嘴出流。有壓管流則是市政建設(shè)、給水排水、采暖通風、熱能動力等工程中最常見的流動。因此，采暖通風、熱能動力等工程中最常見的流動。因此，研究該種流動現(xiàn)象的基本特性與計算方法具有重要的研究該種流動現(xiàn)象的基本特性與計算方法具有重要的工程實際意義。工程實際意義。第一節(jié)第一節(jié) 薄壁孔口自由出流薄壁孔口自由出流一一. 孔口自由出流孔口自由出流 在盛有流體的容在盛有流體的容器

3、上開孔后，流體會器上開孔后，流體會通過孔口流出容器，通過孔口流出容器，這種流動稱為孔口出這種流動稱為孔口出流。流。液體經(jīng)孔口流入液體經(jīng)孔口流入大氣的出流稱為自由大氣的出流稱為自由出流。液體經(jīng)孔口流出流。液體經(jīng)孔口流入充滿液體的空間稱入充滿液體的空間稱為淹沒出流。為淹沒出流?？卓跀嗝嫔希杭弊兞??？卓跀嗝嫔希杭弊兞?。 薄壁孔口：孔口具有尖銳邊緣，出流流股與孔口壁接觸薄壁孔口：孔口具有尖銳邊緣，出流流股與孔口壁接觸 僅是一條周線。僅是一條周線。厚壁孔口或管嘴：孔壁厚度和形狀促使流股收縮后又擴厚壁孔口或管嘴：孔壁厚度和形狀促使流股收縮后又擴 開，與孔壁接觸形成面而不是線。開，與孔壁接觸形成面而不是線。

4、收縮斷面：出流流股距收縮斷面：出流流股距1/2孔徑處，斷面收縮達到最小，孔徑處，斷面收縮達到最小，流線趨于平直，成為漸變流。流線趨于平直，成為漸變流。對對A AA A液面與液面與C CC C斷面列能量方程：斷面列能量方程：eCCCCAAAAhgpZgpZ2222ghhcme221薄壁孔口薄壁孔口gppZZgAACACACC2)(2)(221移項整理移項整理 gppZZHAACACA2)(20令令0121gHCC出口流速出口流速 cH0稱為作用水頭，是促使出流的全部能量。稱為作用水頭，是促使出流的全部能量。0aACppp自由出流、自由液面自由出流、自由液面gHCC2)(210即即自由液面速度自由

5、液面速度0A顯然顯然HH 0令令11111C 稱為稱為流速系數(shù)流速系數(shù)，它表示無能量損失時，理想流，它表示無能量損失時，理想流速與實際流速速與實際流速之比。之比。 。98. 097. 0 出口流量出口流量 ：0022gHAgHAAQCC02gHC其中，其中， 稱為稱為孔口收縮系數(shù)孔口收縮系數(shù)。 ，稱為，稱為流量流量系數(shù)系數(shù)。 。 。AAc64. 062. 062. 060. 0 當計算流量當計算流量Q時，根據(jù)具體的孔口及出流條件，確時，根據(jù)具體的孔口及出流條件，確定定 及及H0。二、各種收縮情況二、各種收縮情況1全部收縮與非全部收縮全部收縮與非全部收縮 當孔口離容器的其它各當孔口離容器的其它各

6、壁面有一定距離時，水股在壁面有一定距離時，水股在四周方向上均能夠發(fā)生收縮四周方向上均能夠發(fā)生收縮，稱之為全部收縮（如孔口，稱之為全部收縮（如孔口、 和和 ），否則為非），否則為非全部收縮（如孔口全部收縮（如孔口 ）。）。2完善收縮與不完善收縮完善收縮與不完善收縮 當孔口距離容器的其它當孔口距離容器的其它各壁面的距離足夠大以后，各壁面的距離足夠大以后，水股在四周各方向上可以充水股在四周各方向上可以充分地收縮，與孔口離容器其分地收縮，與孔口離容器其它各壁面的距離無關(guān)，稱這它各壁面的距離無關(guān)，稱這種收縮為完善收縮（如圖中種收縮為完善收縮（如圖中孔口孔口、 ），否則為不完），否則為不完善收縮（如孔口善

7、收縮（如孔口 ）。）。 XSC1非全部收縮時非全部收縮時式中式中 全部收縮時孔口流量系數(shù)；全部收縮時孔口流量系數(shù)； 不完善收縮時孔口流量系數(shù)；不完善收縮時孔口流量系數(shù)； S未收縮部分周長；未收縮部分周長； X孔口全部周長；孔口全部周長； C系數(shù)，圓孔取系數(shù)，圓孔取0.13，方孔取，方孔取0.15。 當發(fā)生不完善收縮時，當發(fā)生不完善收縮時， 會增加，相應(yīng)流量系數(shù)值會增加，相應(yīng)流量系數(shù)值 亦將增大。兩者之間關(guān)系可用經(jīng)驗公式表示。亦將增大。兩者之間關(guān)系可用經(jīng)驗公式表示。 不完善收縮時不完善收縮時 及及 亦將增大，亦可按經(jīng)驗公式估亦將增大，亦可按經(jīng)驗公式估算，如算，如式中式中 全部完善收縮時孔口流量系

8、數(shù)；全部完善收縮時孔口流量系數(shù)； 不完善收縮時孔口流量系數(shù)；不完善收縮時孔口流量系數(shù)； A孔口面積；孔口面積； A0孔口所在壁面的全部面積?？卓谒诒诿娴娜棵娣e。 2064. 01AA 上面的計算公式適用條件是，孔口在壁面的中心位上面的計算公式適用條件是，孔口在壁面的中心位置，各方向上影響不完善收縮的程度近于一致的情況。置，各方向上影響不完善收縮的程度近于一致的情況。 第二節(jié)第二節(jié) 孔口淹沒出流孔口淹沒出流對對1 1、2 2兩斷面列能量方程（參見圖兩斷面列能量方程（參見圖A A）：）： gppHHH222221121210令令 一一. 液體淹沒出流液體淹沒出流gggpHgpHCC222222

9、212222221111gHC2)(2210001021221121gHgHgHC121111)111(11C孔口自由出流孔口自由出流若若 ， ，則，則021021 ppHH 0。 流量：流量： 0022gHAgHAQgHAQ2二二. .壓力容器出流壓力容器出流gppZZHAAaCA2)(200液體自由出流：液體自由出流：02002pHgpHHAA液體液體淹沒出流：淹沒出流：gppHHHBBAAaBA2)(2200gpHHBBAA22200BAppp002 pAQ三三. .氣體淹沒出流氣體淹沒出流 2)()(220BBAABAppp孔板流量計（參見圖孔板流量計（參見圖B）)(220BAppAp

10、AQ例例51. 已知：已知： mmH2O， mm， mm 求：求：50p200D80d?Q 解：解： mH2O ， ，阻力平方區(qū)，阻力平方區(qū) 查圖查圖C得得 m3/s05. 01000509807807. 950210ppHDdRe,4 . 0208Dd61. 0003033. 0Q2 . 15 .490p61. 000502. 008. 042A0876. 02pAQ解：解：m3/sm2，Pa，kg/m3，例例52（氣體）（氣體）.已知：已知：例例53. 已知：已知： Pa ， cm 300p1d01. 06 . 097. 02 . 14210785. 04dA4105 .102pAQ73.

11、212pcmkg/m3m2m/sm3/s解：解：，第三節(jié)第三節(jié) 管嘴出流管嘴出流dl43d43一一. .圓柱形外管嘴出流圓柱形外管嘴出流對對A A、B B兩斷面列能量方程：兩斷面列能量方程： gppHHAABA220或或第三節(jié)第三節(jié) 管嘴出流管嘴出流 在收縮斷面在收縮斷面CC前后流股與管壁分離，中間形成前后流股與管壁分離，中間形成旋渦區(qū)，產(chǎn)生負壓，出現(xiàn)了管嘴的真空現(xiàn)象，促使出流旋渦區(qū)，產(chǎn)生負壓，出現(xiàn)了管嘴的真空現(xiàn)象，促使出流流量增大，這是管嘴出流不同于孔口出流的基本特點。流量增大，這是管嘴出流不同于孔口出流的基本特點。ggpZgpZBBBBBAAAA222222ggppZZBBAABABA2)

12、(2)(22gHBB2)(20對對C C、B B兩斷面列能量方程：兩斷面列能量方程：82. 05 . 000221gHgHBB，gHAgHAgHAAQB22200111B銳緣進口銳緣進口lBBBCCChgpgp2222gdlhBml221BCBC1aBpp gdlppBBmBC2122 0222HgB211m0222111HdlppaC64. 002. 03/dl82. 0若若 075. 0HppaC則則075. 0HHC斷面斷面CC真空值真空值075. 0HppCa當當OmHHC287斷面斷面CC產(chǎn)生氣泡，進來空氣，真空破壞。產(chǎn)生氣泡，進來空氣，真空破壞。為保證管嘴正常出流為保證管嘴正常出流

13、OmHHC27OmHHH20093. 0外管嘴正常工作條件之一外管嘴正常工作條件之一管嘴正常工作條件之二管嘴正常工作條件之二dl43二二.其它類型的管嘴其它類型的管嘴 1. 流線型管嘴：流線型管嘴： ，適用于要求流量大，適用于要求流量大， 水頭損失小，出口斷面上速度分布均勻的情況。水頭損失小，出口斷面上速度分布均勻的情況。 97. 02. 收縮圓錐型管嘴：出流與收縮角度收縮圓錐型管嘴：出流與收縮角度 有關(guān)。有關(guān)。 3024 ， 0.963， =0.943為最大值。適用于要求加大噴射為最大值。適用于要求加大噴射速速 度的場合。如消防水槍。度的場合。如消防水槍。 3. 擴大圓錐型管嘴：當擴大圓錐型

14、管嘴：當 57時，時， 。 用于要求將部分動能恢復(fù)為壓能的情況如引射器的擴用于要求將部分動能恢復(fù)為壓能的情況如引射器的擴 壓管。壓管。50. 042. 008. 0d3h2105Q?0p02gHAQmhHp5 . 40041. 40pEx54. 已知：已知： m， m， m3/s 求：求：解：解： kPakPa22202AgQH82. 0mH5 . 70 第四節(jié)第四節(jié) 簡單管路簡單管路 一一. . 管道的分類管道的分類 1.1.按結(jié)構(gòu)劃分：按結(jié)構(gòu)劃分： 簡單管路：管徑不變，沒有分叉的管道簡單管路：管徑不變，沒有分叉的管道,Q,Q或或v v相同。相同。 復(fù)雜管路：兩根或兩根以上的簡單管道組合成的

15、管道復(fù)雜管路：兩根或兩根以上的簡單管道組合成的管道系統(tǒng)。系統(tǒng)。2.2.按管中壓力分：按管中壓力分：有壓管道：管內(nèi)表壓不等于零（有壓管道：管內(nèi)表壓不等于零（ ），供水、），供水、煤氣、通風、電站引水管。煤氣、通風、電站引水管。無壓管道（涵管）：管內(nèi)表壓等于零（無壓管道（涵管）：管內(nèi)表壓等于零（ ），），非滿管流動非滿管流動( (如排水管道，管內(nèi)存在自由液面的情況如排水管道，管內(nèi)存在自由液面的情況) )。0p0p二二.簡單管路的計算簡單管路的計算1. 阻抗及簡單管路流動規(guī)律阻抗及簡單管路流動規(guī)律2428QgddlH其中其中稱為稱為液體管路阻抗液體管路阻抗從而從而2QSHHl其中其中 包括包括105

16、242/8msgddlSH對于氣體管路對于氣體管路22QSQSppH稱為稱為氣體管路阻抗氣體管路阻抗 對于一定的流體，在對于一定的流體，在d、 l l已給定時，已給定時，S只隨只隨 和和 變化。當流動處在阻力平方區(qū)時，變化。當流動處在阻力平方區(qū)時， 僅與僅與k/d有關(guān)，所有關(guān)，所以在管路的管材已定的情況下，以在管路的管材已定的情況下， 值可視為常數(shù)。值可視為常數(shù)。 中只有進行調(diào)節(jié)的閥門的中只有進行調(diào)節(jié)的閥門的 可以改變，而其它局部構(gòu)件可以改變，而其它局部構(gòu)件已確定的局部阻力系數(shù)是不變的。所以已確定的局部阻力系數(shù)是不變的。所以SP、SH對已給對已給定的管路是一個定數(shù)，它綜合反映了管路上的沿程阻定

17、的管路是一個定數(shù)，它綜合反映了管路上的沿程阻力和局部阻力情況，故稱為力和局部阻力情況，故稱為管路阻抗管路阻抗。742/8mkgddlSSHp其中其中 簡單管路流動規(guī)律：簡單管路流動規(guī)律：總阻力損失與體積流量平總阻力損失與體積流量平方成正比，比例系數(shù)為方成正比，比例系數(shù)為管路阻抗。管路阻抗。 Ex5Ex55. 5. 已知：已知： m m2 2， m m， ， m m3 3/s/s， m m2 2/s/s 求：求： 解：解： mmmm， m m， m/sm/s， ， 查查MoodyMoody圖圖2 . 11A50l5 . 214Q6107 .15?lp5 . 1K09. 12baabde65.11

18、AQ5108Reed31038. 1edK021. 084.28222AQdlpPa)20(Ct 20210QSpHhpHHHli2.2.水泵系統(tǒng)管路計算水泵系統(tǒng)管路計算對對1、2兩液面列能量方程，得兩液面列能量方程，得 水泵水泵水頭水頭(又又稱稱揚程揚程)，不僅用，不僅用來克服來克服流動阻力流動阻力，還用來提高液體還用來提高液體的的位置水頭位置水頭、壓壓強水頭強水頭，使之流，使之流到到高位壓力水箱高位壓力水箱中。中。3.3. 虹吸管路計算虹吸管路計算虹吸管：虹吸管：管道中一部分高出上游供水液面的簡單管路。管道中一部分高出上游供水液面的簡單管路。出現(xiàn)氣候汽化。出現(xiàn)氣候汽化。為了保證虹吸為了保證

19、虹吸管正常流動，管正常流動，必須限定必須限定虹吸管中存在真空區(qū)段。當虹吸管中存在真空區(qū)段。當 或或 VVhh sppmhV5 . 87HSHQ0VCahppEx5Ex56.6.已知：已知： m m， m m， m m， m m， ， ， ， m m求：求： 及及2H151l202l2 . 0d1e2 . 0b10025. 0 7vh?Q?maxh解：解： 2QSHHgddllSbeH4202138m3/sm3/sm3/ssmSHQH/0745. 03 對對1 1、C C兩斷面列能量方程：兩斷面列能量方程：max212222hgdlgppbeCamax21221hgdlppbeCa max212

20、21hgdlhbev m m 78. 5maxh第五節(jié)第五節(jié) 管路的串聯(lián)與并聯(lián)管路的串聯(lián)與并聯(lián) 一一. .串聯(lián)管路串聯(lián)管路321QQQQ321SSSS32131llllhhhh2321)(QSSS 串聯(lián)管路計算原則：串聯(lián)管路計算原則：無中途分流或合流，則無中途分流或合流，則流量流量相等，阻力疊加，總管路的阻抗相等，阻力疊加，總管路的阻抗S S等于各管段的阻抗疊等于各管段的阻抗疊加。加。不可壓縮流體不可壓縮流體 管段相接之點稱為節(jié)點。每個節(jié)點上都遵循質(zhì)量管段相接之點稱為節(jié)點。每個節(jié)點上都遵循質(zhì)量平衡原理。平衡原理。0m 321mmmm或或I IU UR R二二. .并聯(lián)管路并聯(lián)管路 節(jié)點節(jié)點a：

21、分流點；節(jié)點：分流點；節(jié)點b：合流點；：合流點； a 和和b之間各管之間各管段稱為并聯(lián)管路。段稱為并聯(lián)管路。321QQQQblalllhhhh3212233222211SQQSQSQS3211111SSSSI IU UR R 并聯(lián)管路計算原則：并聯(lián)管路計算原則：并聯(lián)節(jié)點上的總流量為各支管并聯(lián)節(jié)點上的總流量為各支管中流量之和；并聯(lián)各支管上的阻力損失相等?？偟淖杩怪辛髁恐?；并聯(lián)各支管上的阻力損失相等?？偟淖杩蛊椒礁箶?shù)等于各支管阻抗平方根倒數(shù)之和。平方根倒數(shù)等于各支管阻抗平方根倒數(shù)之和。3113SSQQ1221SSQQ2332SSQQEx5Ex57.7.已知：已知： m m， m m， ； m

22、m， ， ， m m3 3/s/s02. 01d201l15102. 02d102l152025. 03101Qm m求：求： 及及?1Q?2Q321321111SSSQQQ： 并聯(lián)管路流量分配規(guī)律：并聯(lián)管路流量分配規(guī)律：各分支管路的幾何尺寸、各分支管路的幾何尺寸、局部構(gòu)件確定后，按照節(jié)點間各分支管路的阻力損失局部構(gòu)件確定后，按照節(jié)點間各分支管路的阻力損失相等，來分配各支管上的流量，相等，來分配各支管上的流量，阻抗阻抗S大的支管其流量大的支管其流量小，小，S小的支管其流量大。小的支管其流量大。解：解： 122121SSQQQQQ解之得：解之得：311045. 0Q321055. 0Qm m3

23、3/s/sm m3 3/s/s7111/1003. 2mkgS7112/1039. 1mkgS阻力平衡：阻力平衡： 1. 在滿足用戶需要的流量條件下，設(shè)計合適的管在滿足用戶需要的流量條件下，設(shè)計合適的管 路尺寸及局部構(gòu)件，使各并聯(lián)支管上阻力損失路尺寸及局部構(gòu)件，使各并聯(lián)支管上阻力損失 相等。相等。 2. 若要求若要求并聯(lián)支管并聯(lián)支管流量相等。在管路尺寸及局部流量相等。在管路尺寸及局部 構(gòu)件給定的條件下，若計算出的各并聯(lián)支管上構(gòu)件給定的條件下，若計算出的各并聯(lián)支管上 的流量不相等（相差較大）的流量不相等（相差較大） 時，需要改變管徑時，需要改變管徑d和和 進行重新計算進行重新計算。 管網(wǎng)管網(wǎng)是由

24、簡單管路、并聯(lián)、串聯(lián)管路組合而成，基本是由簡單管路、并聯(lián)、串聯(lián)管路組合而成，基本上可分為上可分為枝狀管網(wǎng)枝狀管網(wǎng)和和環(huán)狀管網(wǎng)環(huán)狀管網(wǎng)兩種。兩種。第六節(jié)第六節(jié) 管網(wǎng)計算基礎(chǔ)管網(wǎng)計算基礎(chǔ) 一、枝狀管網(wǎng)一、枝狀管網(wǎng)風機壓頭風機壓頭風機風量風機風量公式（公式（5-44）公式（公式（5-45） 兩根并聯(lián)支管阻力計算：兩根并聯(lián)支管阻力計算：通常以管段最長，局部構(gòu)通常以管段最長，局部構(gòu)件最多的一支參加阻力疊加；另外一支只按并聯(lián)管路規(guī)件最多的一支參加阻力疊加；另外一支只按并聯(lián)管路規(guī)律，與第一支管段進行阻力平衡。律，與第一支管段進行阻力平衡。兩類基本水力計算：兩類基本水力計算： 1管路布置管路布置(l和和 )已

25、定，且知各用戶流量已定，且知各用戶流量Q及末端壓及末端壓 頭頭hC，求管徑，求管徑d和作用壓頭和作用壓頭H。 這類問題先按流量這類問題先按流量Q和和限定流速限定流速v（滿足技術(shù)經(jīng)（滿足技術(shù)經(jīng) 濟要求，輸送流量經(jīng)濟合理）求管徑濟要求，輸送流量經(jīng)濟合理）求管徑d，然后進行管，然后進行管 網(wǎng)阻力計算，最后按總阻力及總流量選擇泵或風機。網(wǎng)阻力計算，最后按總阻力及總流量選擇泵或風機。 2已有泵或風機（已知已有泵或風機（已知H），并知用戶流量），并知用戶流量Q及末端水及末端水 頭頭hC ，在管路布置之后已知管長，在管路布置之后已知管長l ，求管徑，求管徑d 。 這類問題首先按這類問題首先按 求得單位長度上

26、允許損求得單位長度上允許損 失的水頭失的水頭JChH 允許比摩阻允許比摩阻 水頭損失相等水頭損失相等 管徑管徑d不知，不知， 難于確切得出。根據(jù)設(shè)計手冊查得難于確切得出。根據(jù)設(shè)計手冊查得估計各種局部構(gòu)件的當量長度估計各種局部構(gòu)件的當量長度 后，再代入后，再代入(5-46)式式求求J 。 ll二、環(huán)狀管網(wǎng)二、環(huán)狀管網(wǎng) 管段在某一共同的管段在某一共同的節(jié)點分支節(jié)點分支，然后又在另一共同，然后又在另一共同節(jié)點節(jié)點匯合匯合。是由很多個并聯(lián)管路組合而成。是由很多個并聯(lián)管路組合而成。 環(huán)狀管網(wǎng)遵循環(huán)狀管網(wǎng)遵循串聯(lián)和并聯(lián)管路的計算原則串聯(lián)和并聯(lián)管路的計算原則，并滿足下，并滿足下列列兩個條件（基爾霍夫定律）兩

27、個條件（基爾霍夫定律）：0GQ0ABGFAh恒定流恒定流 質(zhì)量平衡原質(zhì)量平衡原理理并聯(lián)管路節(jié)點間各分并聯(lián)管路節(jié)點間各分支管段阻力損失相等支管段阻力損失相等（點函數(shù)（點函數(shù) 封閉曲線積分）封閉曲線積分）計算程序如下：計算程序如下：1將管網(wǎng)分成若干環(huán)將管網(wǎng)分成若干環(huán)路，按節(jié)點流量平衡路，按節(jié)點流量平衡確定流量確定流量Q，選取限，選取限定流速定流速v，定出管徑，定出管徑D。 2按照流量與損失按照流量與損失在環(huán)路中的正負值，在環(huán)路中的正負值，求出每一環(huán)路的總損求出每一環(huán)路的總損失失 。ih 3若計算出來的若計算出來的 不為零，則每段管路不為零，則每段管路應(yīng)加校正流量應(yīng)加校正流量 Q，而，而與此相適應(yīng)的

28、阻力損與此相適應(yīng)的阻力損失修正值為失修正值為 hi。ih閉合環(huán)路校正流量閉合環(huán)路校正流量 Q計算公式：計算公式：iiiQhhQ2 當計算出環(huán)路的當計算出環(huán)路的 Q之后，加到每一管段原來的流之后，加到每一管段原來的流量量Q上，便得到第一次校正后的流量上，便得到第一次校正后的流量Q1。 4用同樣的程序，計算出第二次校正后的流量用同樣的程序，計算出第二次校正后的流量Q2，第三次校正后的流量第三次校正后的流量Q3，直至，直至 滿足工程滿足工程精度要求為止。精度要求為止。0ih例例58. 作為作業(yè)自學。作為作業(yè)自學。第七節(jié)第七節(jié) 有壓管中的水擊有壓管中的水擊 由于水擊而產(chǎn)生的壓強增加可能達到管中原來正常

29、由于水擊而產(chǎn)生的壓強增加可能達到管中原來正常壓強的幾十倍甚至幾百倍，而且增壓和減壓交替頻率很壓強的幾十倍甚至幾百倍，而且增壓和減壓交替頻率很高，其危害性很大，嚴重時會使管路發(fā)生破裂。高，其危害性很大，嚴重時會使管路發(fā)生破裂。 水擊現(xiàn)象是一種非恒定流，且水擊現(xiàn)象是一種非恒定流，且與液體的可壓縮性和與液體的可壓縮性和管壁材料的彈性有關(guān)。管壁材料的彈性有關(guān)。 下面就圖下面就圖5-21分析管路發(fā)生水擊時壓強變化的情形。分析管路發(fā)生水擊時壓強變化的情形。水擊：水擊：在有壓管中運動著的液體，由于閥門或水泵突然在有壓管中運動著的液體，由于閥門或水泵突然 關(guān)閉，使得液體速度和動量發(fā)生急劇變化，從而關(guān)閉，使得液

30、體速度和動量發(fā)生急劇變化，從而 引起液體壓強驟然變化的現(xiàn)象。引起液體壓強驟然變化的現(xiàn)象。 水擊所產(chǎn)生的增壓波和減壓波交替進行，對管壁水擊所產(chǎn)生的增壓波和減壓波交替進行，對管壁 或閥門的作用有如錘擊一樣，故又稱為或閥門的作用有如錘擊一樣，故又稱為水錘水錘。 這種減速增壓的過程，是以增壓這種減速增壓的過程，是以增壓(p0+ p)彈性波彈性波往上游水池傳遞的，稱此為往上游水池傳遞的，稱此為“水擊波水擊波”。 設(shè)水擊波在全管長上來回傳遞一次所用時間設(shè)水擊波在全管長上來回傳遞一次所用時間 為為半周期半周期，則，則 為水擊波的為水擊波的全周期全周期，到達此時間后，到達此時間后，管中全部液體便恢復(fù)到水擊未發(fā)

31、生時的起始狀態(tài)。管中全部液體便恢復(fù)到水擊未發(fā)生時的起始狀態(tài)。 此后在液體的可壓縮性及慣性作用下，上述的彈性此后在液體的可壓縮性及慣性作用下，上述的彈性波傳遞、反射、水流方向的來回變動，都將周而復(fù)始波傳遞、反射、水流方向的來回變動，都將周而復(fù)始地進行著，直到水流的阻力損失、管壁和水因變形做地進行著，直到水流的阻力損失、管壁和水因變形做功而功而耗盡了引起水擊的能量耗盡了引起水擊的能量時，時，水擊現(xiàn)象水擊現(xiàn)象方才終止。方才終止。 引起管路中速度突然變化的因素，如閥門突然關(guān)閉，引起管路中速度突然變化的因素，如閥門突然關(guān)閉，這只是水擊現(xiàn)象產(chǎn)生的這只是水擊現(xiàn)象產(chǎn)生的外界條件外界條件，而液體本身具有，而液體

32、本身具有可可壓縮性和慣性壓縮性和慣性是發(fā)生水擊現(xiàn)象的是發(fā)生水擊現(xiàn)象的內(nèi)在原因內(nèi)在原因。clt4clt2管路閥門管路閥門瞬間瞬間關(guān)閉關(guān)閉時產(chǎn)生水時產(chǎn)生水擊分析。擊分析。理想液體理想液體和和實際液實際液體體兩種圖兩種圖示。示。 關(guān)閉管路閥門所用時間總是一個有限的關(guān)閉管路閥門所用時間總是一個有限的時間間隔時間間隔Ts。這樣關(guān)閉時間這樣關(guān)閉時間 Ts與與水擊波水擊波在全管長度上來回傳遞一次在全管長度上來回傳遞一次所需時間所需時間 對比，存在下列對比，存在下列兩種關(guān)系兩種關(guān)系： (一一) 即閥門關(guān)閉的時間很短，在從水池反即閥門關(guān)閉的時間很短，在從水池反回來的彈性波未到閥門處時，己關(guān)閉完了。這種情況回來的彈性波未到閥門處時，己