M有压管道非恒定流问题,即水击问题。 正常运行的管道,由于某种原因,须迅速关闭或开启阀 门,使管中流速在很短肘间内发生急剧化。速度的 改变引起动量变化,动量变化又伴随有力的产生,表 现为管流出现巨大的附加压强,即水击压强,并伴之 镖击之声,工程上称之为水击或水锤。 水击压强可教百倍于管道恒定流的压强,再此压强作用 下,必须考虑液体的压缩性和管壁的弹性。 水击的危害很大,常引起管壁爆裂或产生严重变形。在 压力管道设计中必须加以考虑
WHU 有压管道非恒定流问题,即水击问题。 正常运行的管道,由于某种原因,须迅速关闭或开启阀 门,使管中流速在很短时间内发生急剧变化。速度的 改变引起动量变化,动量变化又伴随有力的产生,表 现为管流出现巨大的附加压强,即水击压强,并伴之 锤击之声,工程上称之为水击或水锤。 水击压强可数百倍于管道恒定流的压强,再此压强作用 下,必须考虑液体的压缩性和管壁的弹性。 水击的危害很大,常引起管壁爆裂或产生严重变形。在 压力管道设计中必须加以考虑
Chapter10目录 WHU 10-1一维非哐定流基本方覆 10-2水安现豪与水击波传播冠程 10-3水安基本亦程 10-4水安筒化亦程组的解析解 10-5停泵水、水卖危害与对策
WHU Chapter 10 目录 10-1 一维非恒定流基本方程 10-2 水击现象与水击波传播过程 10-3 水击基本方程 10-4 水击简化方程组的解析解 10-5 停泵水击、水击危害与对策
10-1~维非定流基本亦程 WHU 1、连续性方程 (4)+(0Q)=0 at 2、运动方程 I av 2+2 +J=0 as y 2 at 2 pI P2,v2 z1+—+ zo +2+h.+h r 2g r 2g
WHU 10-1 一维非恒定流基本方程 1、连续性方程 2、运动方程 0 1 ) 2 ( 2 + = + + + J t v g g p v z s hi hf g p v z g p v z + + = + + + + 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 ( ) ( ) = 0 + Q s A t
10-2水安现豪与水击波 WHU 播冠程 1、水击现象 设简单管道长度为l,恒定流肘直径为山,流速为 v,压强为P0,如门突然完金丢闭,则紧靠 阄门的一层水突然停止流动,速度由%骤变为 零。根据动量定律,物体动量的化等于作用 在诚物体上外力的冲量。这里外力是阚门对水 的作用力。因外力作用,紧靠阀门这一层水的 应力(即压强)突然升至P+△P,升高的压强 AP称为水击压强( Pressure due to water Hammer)
WHU 10-2 水击现象与水击波 传播过程 1、水击现象 设简单管道长度为l,恒定流时直径为d,流速为 v0,压强为p0,如阀门突然完全关闭,则紧靠 阀门的一层水突然停止流动,速度由v0骤变为 零。根据动量定律,物体动量的变化等于作用 在该物体上外力的冲量。这里外力是阀门对水 的作用力。因外力作用,紧靠阀门这一层水的 应力(即压强)突然升至p 0+Δp,升高的压强 Δp称为水击压强(Pressure due to Water Hammer)
2、水击波传播过程 由于水和管道都弹性体,在很大的水击压强作用下该层管 流m段产生两种形,即水的压缩及管壁的膨胀。因 此阄门突然关闭时,管道内的水就不是在同一肘刻全部 停止流动,压獨也不是在同一肘刻同附升高。而是靠近 阚门的第一层水首先停止流动,与之相邻的第二层及其 后续各层水相继逐层停止流动,同肘压强逐层升高,养 以弹性波的形式由闿门迅速传向管遁迸口。这种由于水 击而产生的弹性破,称水击波( Water hammer pressure Wave)
WHU 2、水击波传播过程 由于水和管道都弹性体,在很大的水击压强作用下该层管 流n-m段产生两种形变,即水的压缩及管壁的膨胀。因 此阀门突然关闭时,管道内的水就不是在同一时刻全部 停止流动,压强也不是在同一时刻同时升高。而是靠近 阀门的第一层水首先停止流动,与之相邻的第二层及其 后续各层水相继逐层停止流动,同时压强逐层升高,并 以弹性波的形式由阀门迅速传向管道进口。这种由于水 击而产生的弹性波,称水击波(Water Hammer Pressure Wave)
水击波传播的第一阶段 WHU 由于阀门K突然完全丢闭,速度由立即变为零 ,相应压强升高ΔP,水密度增加Δp,管道 断面积增加ΔA。这种减速增压的过程以波速c 旬阀门向上游传播的。经过t/c后,水击波 到达水库。这肘,金管液体处于被压缩状态: v=0, p=P+△P △H po+△p Ho D=Da+△D y=0 t=0~l/c称为水击波 传播的第一阶段。 (0<r<L/c)
WHU 水击波传播的第一阶段 由于阀门K突然完全关闭,速度由v0立即变为零 ,相应压强升高Δp,水密度增加Δρ,管道 断面积增加ΔA。这种减速增压的过程以波速c 自阀门向上游传播的。经过 t =l /c后,水击波 到达水库。这时,全管液体处于被压缩状态: V=0, p=p0+ Δp, ρ= ρ0 + Δρ, D=D0+ ΔD t=0~ l /c 称为水击波 传播 的第一阶段
水击波传播的第二阶段 减压波到达管道进口后,水年水位不受管路流动的影响 。管路进口的水体,在水击压强(+△与水池静压 强()差作用下,立即以和△p相应的速度v向水库 方向流去。这一变化以减屈水击波的形式自水向阚 门传播,在=2∥c时刻,到达阀门断新面。此肘被压缩的 水体和膨胀的管壁恢复原状: V--Vo, p- Po △H p=p0, DEDo tlc~2lc称为水击波的 H y=0 第二阶段。 L 水击波从阀门断面出发, (L/c<t<2L/c) 又回到阀门断面,称为水击的一相。相长T=2lc
WHU 水击波传播的第二阶段 减压波到达管道进口后,水库水位不受管路流动的影响 。管路进口的水体,在水击压强(p0+Δp)与水池静压 强(p 0 )差作用下,立即以和Δp相应的速度-v0向水库 方向流去。这一变化以减压水击波的形式自水库向阀 门传播,在t=2l/c时刻,到达阀门断面。此时被压缩的 水体和膨胀的管壁恢复原状: v= -v 0 , p= p 0 , ρ= ρ0 , D=D0 t=l/c~2l/c 称为水击波的 第二阶段。 水击波从阀门断面出发, 又回到阀门断面,称为水击的一相。相长Tr=2l/c
水击波传播的第三阶段 MH在仁=2∥c时刻,由于水流的惯性,管中的水仍然向 水库倒流,而门仍然关闭无水补充,以致阄 门端的水体首先停止运动,速度由-%麦为零, 引起压强降低、密度减小与管壁收缩。这个增 速减压波由阀门向上游传播,在上3时刻到达 水庠。此时全管处于瞬时低压状态: 0,P=P0-△P p=po-△p △H D=D-△D v=0 2/c~3/c称为水击波 传播的第三阶段。 (L/c<t<3L/c)
WHU 水击波传播的第三阶段 在t=2l/c时刻,由于水流的惯性,管中的水仍然向 水库倒流,而阀门仍然关闭无水补充,以致阀 门端的水体首先停止运动,速度由-v0变为零, 引起压强降低、密度减小与管壁收缩。这个增 速减压波由阀门向上游传播,在t=3l/c时刻到达 水库。此时全管处于瞬时低压状态: v=0 , p=p0 – Δp, ρ= ρ0 -Δρ, D=D0 - ΔD t=2l/c~ 3l/c 称为水击波 传播 的第三阶段
水击波传播的第四阶段 W在=3∥c时剡,因管道进口压强比水库压强差△p作用下 ,水又以速度η向阚门方向流动,并以增压破形式传 向阚门断面。管道中的蜜度和管壁相继应恢复正常 。在仁4Ⅳc时刻,增压波传至阀门断面,全管恢复至 起始状态: =0,p=0 ∥H p=0 H C D= Do 0 3lc~4lc称为 水击波的第四阶段。 (3Lc<<4Lc) 由于惯性,水击现象将重复上述四个阶段。如果没有 损失,水击波将周期性地如此循环下去
WHU 水击波传播的第四阶段 在t=3l/c时刻,因管道进口压强比水库压强差Δp作用下 ,水又以速度v0向阀门方向流动,并以增压波形式传 向阀门断面。管道中的密度和管壁相继应恢复正常 。在t=4l/c时刻,增压波传至阀门断面,全管恢复至 起始状态: v=v0 , p=p0 , ρ= ρ0 , D=D0 t=3l/c~ 4l/c 称为 水击波的第四阶段。 由于惯性,水击现象将重复上述四个阶段。如果没有 损失,水击波将周期性地如此循环下去