10有压管中的非恒定流 非恒定流在无压流及有压流中均可能产生。河道 中洪水的涨落，明渠中水闸的启闭都会使河渠中产生 非恒定流：水库水位上涨或下降通过有压泄水管的出 流则属于有压非恒定出流。 本章主要讨论有压管中一种重要的非恒定流一 水击（或称水锤）。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，这种现象称为水击。由于交替升降 的压强作用在管壁、阀门或其它管路元件上，会发生 强烈的锤击管壁的响声，故水击也称水锤
1 10 有压管中的非恒定流 非恒定流在无压流及有压流中均可能产生。河道 中洪水的涨落，明渠中水闸的启闭都会使河渠中产生 非恒定流；水库水位上涨或下降通过有压泄水管的出 流则属于有压非恒定出流。 本章主要讨论有压管中一种重要的非恒定流－ 水击（或称水锤）。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，这种现象称为水击。由于交替升降 的压强作用在管壁、阀门或其它管路元件上，会发生 强烈的锤击管壁的响声，故水击也称水锤
10.1阀门突然关闭时有压管道中的水击 水击现象 略去水头损失及流速水头，认为恒定流时管 路中测压管水头线与静水头线MM相重合。设在 恒定流的条件下，管中平均流速为，压强为D ,当阀门突然关闭时
2 10.1 阀门突然关闭时有压管道中的水击 一、水击现象 略去水头损失及流速水头，认为恒定流时管 路中测压管水头线与静水头线M-M相重合。设在 恒定流的条件下，管中平均流速为 ，压强为 ，当阀门突然关闭时。 0 v 0 p
几个概念 水击波： 阀门关闭开启)产生的一种扰动，随管壁压强 增大（或减少）不断传播，这种扰动波称为水击波 ○水击波传播速度： 流速突变处位置随时间向上或下游的推进速度， 用a表示
3 • 几个概念 水击波： 阀门关闭(开启）产生的一种扰动, 随管壁压强 增大（或减少）不断传播，这种扰动波称为水击波。 水击波传播速度： 流速突变处位置随时间向上或下游的推进速度， 用a表示
1、阀门突然关闭水击的第一阶段 o设水击波的传播速度为a,由于忽略摩阻影响， 故水击波速在传播过程中速度大小保持不变。 已知管长为L,则阀门处产生的水击波由A端传 到B端所要的时间为1，时段o<1<称为 水击波传播的第二阶段。第一个阶段的特点：
4 1、阀门突然关闭水击的第一阶段 设水击波的传播速度为a，由于忽略摩阻影响， 故水击波速在传播过程中速度大小保持不变。 已知管长为L，则阀门处产生的水击波由A端传 到B端所要的时间为 ，时段 称为 水击波传播的第一阶段。第一个阶段的特点： a l t = a l 0 t
HO 阀门突然关闭，紧靠阀门处的微小液层立即停止 流动，流速突然减小至零，使该层水流的动量发生突 然变化，引起水流压强突然增大，水层压缩，密度增 大，管壁膨胀。即流速为零的同时，压强升高△P
5 a v0 H0 p0 γ Δp γ B A 阀门突然关闭，紧靠阀门处的微小液层立即停止 流动，流速突然减小至零，使该层水流的动量发生突 然变化，引起水流压强突然增大，水层压缩，密度增 大，管壁膨胀。即流速为零的同时，压强升高Δp
AP Ho 0<t< 但d山层上游液体未停止流动， 仍以速度向 前流动。当碰到静止液层时，也象碰到阀门一样速 度立即变为零，压强升高Ap,液体压缩，管壁膨胀
6 a v = 0 H0 p0 γ Δp γ B A v 0 但 dl 层上游液体未停止流动， 仍以速度v0向 前流动。当碰到静止液层时，也象碰到阀门一样速 度立即变为零，压强升高Δp，液体压缩，管壁膨胀。 a l 0 t
AD v=0 B 这样一层接一层地将阀门关闭的影响向上游传播，直至传到 水库为止。此时整个管路流速为零，压强升高△p,液体被压缩 ,管壁发生膨胀。此时B断面左右压力不平衡：管道入口处压强始 终保持恒定流时的压强（水库面积很大，库水位不会升高。即B 处左侧：压强为p0,B断面右侧压理为中，在这一压差作用 下，水体转而由管道向水库方向流动，开始了第二阶段的传播
7 a v = 0 H0 p0 γ Δp γ B A 这样一层接一层地将阀门关闭的影响向上游传播，直至传到 水库为止。此时整个管路流速为零，压强升高Δp ，液体被压缩 ，管壁发生膨胀。此时B断面左右压力不平衡：管道入口处压强始 终保持恒定流时的压强（水库面积很大，库水位不会升高。即B 处左侧 : 压强为p0, B断面右侧压强为 ，在这一压差作用 下，水体转而由管道向水库方向流动，开始了第二阶段的传播。 a l t = p0 + p
阶段时程 流向 水击波 压强 阶段末液体 传播方向 流速变化 和管壁状态 v0→0 液体压缩 0<t< B→A A→B 管壁膨胀 P→(P6+p 增压逆波
8 液体压缩 1 管壁膨胀 阶段末液体 和管壁状态 压强 流速变化 水击波 传播方向 阶段 时 程 流 向 a L 0 t B → A A→ B p → ( p + p ) 0 0 v0 → 0 增压逆波
2、阀门突然关闭水击的第二阶段 △p Po H 2v=0 1 B断面开始，水体产生反向流速-V。 原因：第一阶段压强增量△p是由流速差(，→0)产生的， 根据动量守恒原理，在同样△作用下所产生的 流速也应等于。，但方向相反
9 a v = 0 H0 p0 γ Δp γ B A v0 B 断面开始, 水体产生反向流速- vo 原因：第一阶段压强增量 是由流速差 产生的， 根据动量守恒原理，在同样 作用下所产生的 流速也应等于vo ，但方向相反。 p p ( 0) v0 → 2、阀门突然关闭水击的第二阶段 a l t a l 2
Ho 当烈 时，水击波到达阀门断面，结束了水击发 展的第二阶段，此时整个管路中的压强恢复到P。，水体 和管壁也恢复至常态，但整个管中的液体仍以-。流动， 有脱离阀门断面的趋势，与阀门关闭要求流速为零的条件 不一致，这就开始了水击波传播的第三个阶段
10 H0 p0 γ B A v 0 当 时，水击波到达 阀门断面，结束了水击发 展的第二阶段, 此时整个管 路中的压强恢复到 , 水体 和管壁也恢复至常态，但整个管中的液体仍以 流动， 有脱离阀门断面的趋势，与阀门关闭要求流速为零的条件 不一致，这就开始了水击波传播的第三个阶段。 0 p 0 − v a l t 2 = a l t 2 =