工程流力力學(xué)：第六章第十二節(jié)

第六章管內(nèi)流動和水力計(jì)算液體出流

§6.12水擊現(xiàn)象*1非定常出流*2高速或高壓水流突然受阻時(shí)出現(xiàn)的流動現(xiàn)象*3大型閘門快速啟閉或水泵意外停機(jī)時(shí)出現(xiàn)*4水流波動和管道振動引起噪聲嚴(yán)重時(shí)引起流動系統(tǒng)破壞*5通過慢關(guān)閥門或采用安全裝置等措施可以防止或減弱水擊危害*6

根據(jù)水擊原理可以設(shè)計(jì)出水錘泵(水錘揚(yáng)水機(jī))§6.12水擊現(xiàn)象一、水擊現(xiàn)象的描述二、水擊壓強(qiáng)三、壓強(qiáng)波的傳播速度四、直接水擊和間接水擊§6.12水擊現(xiàn)象一、水擊現(xiàn)象的描述考慮:水的可壓縮性管道的變形以連接在水池上的排水管道為例分析水擊過程水管長度l,

管徑d,面積A

,

流速v,

壓強(qiáng)波傳播速度c

先不考慮損失

t=0水管末斷的閘閥突然關(guān)閉緊貼閥門上游的一層流體

流速突變?yōu)榱?

壓強(qiáng)突增了Ph(水擊壓強(qiáng))

管道受壓變形,截面積擴(kuò)大了δA;

壓縮波向上游傳遞,速度為ct=l/c壓縮波傳到管道進(jìn)口,整個(gè)管道內(nèi)流體處于靜止?fàn)顟B(tài)

壓強(qiáng)為P+Ph

流體的動能轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

流體壓縮和管道變形的彈性能t>l/c

管道內(nèi)流體在Ph的作用下以v向池內(nèi)倒流,

管內(nèi)流體降壓至P

被壓縮的流體得到膨脹

管道截面恢復(fù)至A;

膨脹波向下游傳遞,速度為ct>2l/c,傳播至閥門,壓強(qiáng)恢復(fù)正常;

由于閥門是關(guān)閉的,流體的繼續(xù)倒流,必引起閥門左側(cè)的壓強(qiáng)進(jìn)一步降低,直到靠近閥門的一層流體倒流,壓強(qiáng)降低到P-Ph低壓使流體更加膨脹管道收縮膨脹以c向上游傳播,所到之處,倒流停止

實(shí)際流體的粘性流體和管材非完全彈性導(dǎo)致振動強(qiáng)度衰減過程由受力關(guān)系質(zhì)量守恒動量方程得水擊壓強(qiáng)增量計(jì)算公式(

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)例:壓縮波在水中的傳播速度c=1000m/s

管內(nèi)水的流速v=1m/s

閥門突然關(guān)閉時(shí)的水擊壓強(qiáng)ph=1000000pa

約為10個(gè)大氣壓二、水擊壓強(qiáng)

hydraulicrampump沿進(jìn)水管向下流動的水流至單向閥A

(靜重負(fù)載閥)附近時(shí)，水流沖力使閥迅速關(guān)閉水流突然停止流動，水流的動能即轉(zhuǎn)換成壓力能，于是管內(nèi)水的壓力升高，將單向閥B

沖開，一部分水即進(jìn)入空氣室中并沿出水管上升到一定的高度隨后，由于進(jìn)水管中壓力降低，閥A在靜重作用下自動落下，回復(fù)到開啟狀態(tài)。同時(shí)空氣室中的壓