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1、水力学,第十章 有压管中的非恒定流,主讲:王林锁,当流场中液体质点的运动要素不仅随空间位置而变、而且随时间而变化时,这种流动称为非恒定流动。 有压管中的非恒定流动,称为有压非恒定流动。 水击(或称水锤)是有压管中的一种重要的非恒定流现象。,当有压管中的流速因某种外界原因而发生急剧变化时,将引起液体内部压强产生迅速交替升降的现象,这种交替升降的压强作用在管壁、阀门或其它管路元件上好像锤击一样,故称为水击(或水锤)。,这种压强的交替升降,有时会达到很大的数值,处理不当将导致管道系统发生强烈的振动,管道严重变形甚至爆裂。,主要内容:,阀门突然关闭时有压管道中的水击,阀门逐渐关闭时有压管道中的水击,水
2、击现象的物理过程 水击压强的计算 水击波的传播速度,水击压强的计算 直接水击与间接水击 减小水击压强的措施,阀门突然关闭时有压管道中的水击的物理过程,V=0,V0=0,V=0,流速由V00, 压强增加p, 管壁膨胀,流速由0 -V0 , 压强减小,恢复原状, 管壁恢复原状,流速由-V00, 压强降低p, 管壁收缩,流速由0 V0 , 压强增加,恢复原状, 管壁恢复原状,水击压强的计算,依动量定理可推得:,或,当阀门突然完全关闭时,V=0,则有,或,例如某压力引水钢管内水击波传播的速度a=1000m/s,设流速由6 m/s减少到零时,阀门突然关闭时的压强水头增量为,水击波传播的速度,根据质量守恒
3、原理可推导出水击波的传播速度,K、液体的体积模量、密度,E、D、管壁材料的弹性模量、管径、管壁厚度,为减小水击压强增量,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。,阀门逐渐关闭时有压管道中的水击,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 ,,t1时段,t2时段,直接水击当 时,阀门处的压强不受阀门关闭时间长短的影响,间接水击当 或 时,阀门处的压强与阀门关闭时间的长短有关,工程设计中减小水击压强的措施:,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。,合理选择参数,并尽可能延长阀门调节时间,以避免产生直接水击。,