第十三章非恒定流问题 本章介绍了有压管流中的非恒定流现象一—水击现象及其四个阶段、间接水击、直接水击的概念 第一节有压管道中的水击 非恒定流主要表现为压强和液体密度的变化和传播。 水击现象的基本概念 水击现象( Water- hammer Phenomena):在有压管道系统中,由于某一管路中的部件工作状态的突然 改变,就会引起管内液体流速的急剧变化,同时引起液体压强大幅度波动,这种现象称为水击现象 判断:有压管路会发生水击现象,明渠也会发生水击现象。你的回答:C对C 直接水击( Rapid Closure):当关闭阀门时间小于或等于一个相长时,最早由阀门处产生的向上传播 而后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断面,在阀门断面处产生的可能最大水 击压强将不受其影响,这种水击称直接水击 间接水击( Slow closure):当关闭阀门时间大于一个相长时,从上游反射回来的减压波会部分抵消水 击增压,使阀门断面处不致达到最大的水击压强,这种水击称为间接水击。 正水击( Positive Water- hammer):当管道阀门迅速关闭时,管中流速迅速减小,压强显著增 大,这种水击称为正水击。 负水击( Suction water- hammer):当管道阀门迅速开启时,管中流速迅速增大,压强显著减小 这种水击称为负水击 、有压管道中的水击的四个阶段(图11、10-2) 0<t<l c:增压逆波阶段 水击波的传播现象:一个增压波以一定速度向水库方向传播的现象, 水击压强:压强增值(或水头增值△H)称为水击压强。 <t≤ C:减压顺波阶段
1 第十三章 非恒定流问题 本章介绍了有压管流中的非恒定流现象——水击现象及其四个阶段、间接水击、直接水击的概念。 第一节 有压管道中的水击 非恒定流主要表现为压强和液体密度的变化和传播。 一、水击现象的基本概念 水击现象（Water-hammer Phenomena） ：在有压管道系统中，由于某一管路中的部件工作状态的突然 改变，就会引起管内液体流速的急剧变化，同时引起液体压强大幅度波动，这种现象称为水击现象。 判断：有压管路会发生水击现象，明渠也会发生水击现象。 你的回答： 对 错 直接水击（Rapid Closure） ：当关闭阀门时间小于或等于一个相长时，最早由阀门处产生的向上传播 而后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断面，在阀门断面处产生的可能最大水 击压强将不受其影响，这种水击称直接水击。 间接水击（Slow Closure）：当关闭阀门时间大于一个相长时，从上游反射回来的减压波会部分抵消水 击增压，使阀门断面处不致达到最大的水击压强，这种水击称为间接水击。 正水击（Positive Water-hammer）：当管道阀门迅速关闭时，管中流速迅速减小，压强显著增 大，这种水击称为正水击。 负水击（Suction Water-hammer）：当管道阀门迅速开启时，管中流速迅速增大，压强显著减小， 这种水击称为负水击。 二、有压管道中的水击的四个阶段 （图 11-1、10-2） 1. ： 增压逆波阶段 水击波的传播现象：一个增压波以一定速度向水库方向传播的现象， 水击压强：压强增值（或水头增值 ΔH）称为水击压强。 2. ：减压顺波阶段
2 水击的相长:即水击波由管道的阀门传到进口后又由进口传到阀门所需的时间 T 20 闸门 文 A 图11-1 0<< <t<2 又A+ t=0 t 增压逆波阶段 减压顺波阶段
2 水击的相长：即水击波由管道的阀门传到进口后又由进口传到阀门所需的时间 。 图 11-1 增压逆波阶段 减压顺波阶段
o t=0 2≮< 鬆 减压逆波阶段 增压顺波阶段 图11-2 2<t< 减压逆波阶段 <t<4 c:增压顺波阶段 注意:水击问题中,考虑水的可压缩性和管壁弹性变形的影响 三、水击的计算 1水击波的传播速度 (m/s Eo +g台 (11-1) 式中:c0水中声波的传播速度,c0=1425m/s; E0水的弹性模量,E0=2.04×109N/m2 E——管壁的弹性模量 D—管径(m) d-—管道壁厚(m)。 2水击压强的计算 判断:由于压力管道中水的可压缩性和管壁的弹性对水击起缓冲作用,使整个管道中的流速及压强能 同时升高或降低。你的回答:C对O错 直接水击压强最大值计算公式
3 减压逆波阶段 增压顺波阶段 图 11-2 3. ：减压逆波阶段 4. ：增压顺波阶段。 注意：水击问题中，考虑水的可压缩性和管壁弹性变形的影响。 三、水击的计算 1.水击波的传播速度 （11-1） 式中：c0——水中声波的传播速度，c0 =1425m/s ； E0——水的弹性模量， E0 =2.04109 N/m2 ； E——管壁的弹性模量； D——管径（m）； d——管道壁厚（m）。 2.水击压强的计算 判断：由于压力管道中水的可压缩性和管壁的弹性对水击起缓冲作用，使整个管道中的流速及压强能 同时升高或降低。 你的回答： 对 错 直接水击压强最大值计算公式：
Ap=act Ap cvg 或gg(11-3) 间接水击压强计算公式:(用水击联锁方程求解,初估用下式) ; (11-4) 或2g2g z(11-5) 式中:T阀门关闭时间 T=2lc水击波相长 ——水击前的管中流速 四、水击危害的预防 1设置空气室,或安装具有安全阀性质的水击消除阀 2设置调压塔:减小水击压强及缩小水击的影响范围 延长阀门关闭时间:(缓闭止回阀) 4缩短有压管路的长度:(用明渠代替) 5减小管内流速(如加大管径)
4 （11-2） 或 （11-3） 间接水击压强计算公式：（用水击联锁方程求解，初估用下式） （11-4） 或 （11-5） 式中：Tz——阀门关闭时间； Tr =2l/c——水击波相长； v0 ——水击前的管中流速。 四、水击危害的预防 1.设置空气室，或安装具有安全阀性质的水击消除阀； 2.设置调压塔：减小水击压强及缩小水击的影响范围； 3.延长阀门关闭时间；（缓闭止回阀） 4.缩短有压管路的长度；（用明渠代替） 5.减小管内流速（如加大管径）
第二节 明渠非恒定流 明渠非恒定流是一种具有自由表面的波动现象(图11-3) 波体:水面高出或底于原水位的空间或水体 波峰:波的前锋波高:波的顶点至原水面的高度 波速:波峰推进的速度 波体波峰 原水面 图11-3 1推进波与位移波 推进波:只有高低起伏的波形向前推进,而几乎是没有流量的传递的波动现象称推进波。如在湖泊或 海洋的风成波 位移波:不但波形向前推进,同时流量增减随水面的涨落变化,即水流质点也向前移动,这种波动现 象称位移波(移动波)。 2.位移波的分类 顺行波(顺水流方向) 位移波(传播方向) 逆行波(逆水流方向) 位移波(传播过程 涨水波(正波),如图11-5。 促使水面涨落情况)(落水波(负波),如图114
5 第二节 明渠非恒定流 明渠非恒定流是一种具有自由表面的波动现象（图 11-3）。 波体：水面高出或底于原水位的空间或水体。 波峰：波的前锋 波高：波的顶点至原水面的高度 。 波速：波峰推进的速度。 图 11-3 1.推进波与位移波 推进波：只有高低起伏的波形向前推进，而几乎是没有流量的传递的波动现象称推进波。如在湖泊或 海洋的风成波。 位移波：不但波形向前推进，同时流量增减随水面的涨落变化，即水流质点也向前移动，这种波动现 象称位移波（移动波）。 2.位移波的分类 位移波（传播方向） 顺行波（顺水流方向） 。 逆行波（逆水流方向）。 位移波（传播过程 促使水面涨落情况） 涨水波（正波） ，如图 11-5。 落水波（负波），如图 11-4
逆行落水波 以波峰波体N闸门突然加大 顺行涨水波 ↑波体波峰 2 原水面 逆行涨水波 阐门突然减少 波体N↓体顺行落水波 原水面 2 2△g 本章小结 1.水击现象是有压管路中的非恒定流 2.水击的传播过程分:增压逆波、减压顺波、减压逆波、增压顺波四个阶段 3.根据阀门关闭时间与相长的大小关系,水击分为直接水击和间接水击两种,其水击压强计算如下: o直接水击 o间接水击: o根据水击产生的机理,水击分正水击与负水击 明渠非恒定流是一种具有自由表面的波动现象,主要表现为位移波和推进波两种。 6
6 图 11-4 图 11-5 本章小结 1. 水击现象是有压管路中的非恒定流。 2. 水击的传播过程分：增压逆波、减压顺波、减压逆波、增压顺波四个阶段。 3. 根据阀门关闭时间与相长的大小关系，水击分为直接水击和间接水击两种，其水击压强计算如下： o 直接水击： o 间接水击： o 根据水击产生的机理，水击分正水击与负水击。 4. 明渠非恒定流是一种具有自由表面的波动现象，主要表现为位移波和推进波两种
