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-ham mer 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C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 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ΔH)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=204×109Nm2 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=ac ip cve 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 (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 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 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