给排水工程中的静水压和动水压探究

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1、建筑给排水给排水工程中的静水压和动水压探究赵世明（中国建筑设计研究院，北京１０００４４）摘要静水压是静止水的压强，动水压是流动水的压强。用水柱高度为单位表示时二者均称为压强水头，水流速度转化的水压称为速度水头。对于渐变流，过水断面上动水压和静水压的分布规律相同，但沿流动方向上并不遵从静水压强分布规律。供水系统中有些点的动水压和静水压存在着非常大的差异，需要区分应对。空气动力学中的动压是指气流速度产生的压强，不可与动水压混同。关键词动水压静水压空气动压１问题的产生压强，则可写为式（１）：静水压

2、和动水压在给排水工程中是两个非常重ｐｘ＝ｐｙ＝ｐｚ＝ｐｎ（１）要的概念，在每个建筑供水工程中几乎都要面对。式中ｐｘ、ｐｙ、ｐｚ、ｐｎ为任一点上三个相互垂直方向的很多给排水工程设计和相关的产品国家标准中，都压强和任意方向的压强。运用到了这些概念。在输配水管道的减压产品中，在各空间点上的静水压强只是该点的位置的函动压系数和能否减静水压更是成为区分减压产品性数，即：ｐ＝ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）。能的标志。［１］３动水压强概念然而，输配水管道动水压和静水压的概念目前在流动着的液体中，既可能有压应力，又可能有存在

3、着较广泛的误解，这在互联网上“水的动压”名［１］切应力。这个压应力叫做动水压强。动水压强和词解释和专业刊物中都有体现。主要表现为：静水压强都是压应力，而动水压强是在流动状态下（１）动水压或动压，是速度产生的压能，是伯努发生的，静水压强是在静止状态下发生的，所以它们利方程中的动能项，即ｖ２／（２ｇ）或２／２；ρｖ的特性是有区别的。（２）流动水体中伯努利方程中的压能项ｐ／γ是在流动着的实际液体里，因为存在有切应力，在静水压或静压，和液体静止时的静水压特性一致，没任一点上，三个相互垂直方向的法向应力（

4、ｐｘｘ、ｐｙｙ、有区别。ｐｚｚ）是不相等的，但三个法向面的三个应力之和是消除上述误解应该以水力学为基础进行讨论分个常数，即任何三个相互垂直面上的法向应力的平析，因为水力学是专门以水的运动为研究对象的科均值是个常数，不随这三个正交方向的选取而变化。学，并且是给排水的专业基础学科。在水力学中，静设ｐ为常数，则可写为式（２）。这个常数ｐ就定义水压和动水压用静水压强和动水压强表示。为该点的动水压强［１］。［１］２静水压强概念１（ｐｘｘ＋ｐｙｙ＋ｐｚｚ）＝ｐ（２）在静止液体里，既不会有切应力，也不会产生拉

5、３应力，而只有压应力，质点间的相互作用或质点与边因此在实际液体的流动中，各点的动水压强也界之间的相互作用只能以压应力的形式来体现。因只是位置坐标和时间的函数。即为这个压应力发生在静止状态的液体中，所以在水ｐ＝ｆ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）力学里把它叫做静水压力。静水压强具有下列特对于恒定流液体，为性：①它是个压应力，其方向与作用面的内法线方向ｐ＝ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）一致；②静止液体中的任意点上，各个方向的压强大在理想液体里，由于没有粘滞性的作用，虽有质小均相等，与其作用面的方位无关，用ｐｎ表示静水点的相对运动

6、，也不会有切应力，因此理想液体中只给水排水Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．１０２０１１７１有动水压强，而且任一点的动水压强在各方向上的２ｐＡｖＨ＝＋大小都相等，即和静水压强具有同样的特性。γ２ｇ５动水压强和静水压强的差别４伯努利方程中的各项能量水流有均匀流、渐变流和急变流等流动状态。对于流动的液体，两个过水断面（渐变流）上单流动状态不同，其动水压强的分布规律也就不同。位重量液体的总机械能，存在式（３）关系２２因而一般说，动水压强的分布规律与静水压强的分ｐ１ｖ１ｐ２ｖ２ｚ１＋＋＝ｚ２＋＋＋ｈｗ（３）γ２ｇγ２ｇ

7、布规律是不相同的。只有在特殊情况下，比如一定２边界条件下的均匀流和渐变流中，过水断面上的动ｐｖ式中ｚ为位置势能，是压强势能，是动能，三项γ２ｇ水压强才符合静水压强的分布规律。之和是液体的总机械能。在水力学中，三项又分别图２是一等径的管段，在直管段和弯曲段分别［１，２］称作：位置水头、压强水头、速度水头。选过水断面，并设置测压管如图所示。由于测压管［１，３］式中的ｐ就是动水压强，可通过以下方法端口和管道连接处皆垂直于管内水流方向，因而测（见图１ａ）直接测量。另外，式中的压强势能和动能压管内水位便能

8、正确地反映所测点的动水压强。在可互相转化，图１ｂ是动能转化为压能的演示。直管段上的两个测压管，尽管开口位置不同，但管内一个微细的弯管如图１ａ所示，管端封闭，弯管水位却处在同一水平面上。即测压管水头相等，ｚ＋侧面开有小孔。把这个弯管插入水中，使弯管和水ｐ＝常数。这说明渐变流时过水断面上的动水压强流平行。如侧面小孔位置合适，侧小孔就是一个测γ［１］压孔，测压管即可量出小孔所在处的动水压强。符合静水压强的分布规律。但是，在弯管段的两个如量得测压管中的水柱高为Ｈ，则测压管水位却不相等，测压管Ａ比Ｂ的水位