有压管道中的非恒定流【精品-ppt】

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1、10有压管道中的非恒定流10.1概述10.2水击现象及其分类10.3水击危害的防止有关管道中非恒定流在工程中会经常碰到，例如水泵在突然停电时迅速停止运行有压管出口闸门突然关闭水轮机电力系统负荷改变需迅速调节导水叶或阀门，使水电站引水管中流量迅速改变10.1概述有压管中流速发生急剧变化液体压强产生迅速的交替升降且变化巨大（突然增或降，可达上百个大气压）非恒定流管道发生强烈振动、噪声、管道变形，甚至爆裂如同用锤子敲击管壁、阀门、或管路其他元件称这种现象水击或水锤。因此，有压管道设计中必须进行水击计算，以确定最大和最

2、小水击压强，并采取防止或消弱水击的工程措施。常采用的工程措施之一就是在管道系统中修建调压、井（室）注意非恒定流动中液体质点的运动要素随时间变化。例如，一元非恒定流中原因：水击时，管道中流速和压强急剧变化，致液体和管道犹如弹簧元件似的被压缩或膨胀考虑液体压缩性和管壁弹性变形考虑运动要素随时间变化而引起的惯性力作用10.2水击现象图中给出一个长L、管径与管壁厚度不变的简单管路v0H0p0γAB一、水击波的传播过程管道进口B与水库相连，末端设一阀门Av0H0p0γAB设流速水头和水头损失不计，则恒定流时测管水头线与库

3、水面平齐。v0H0p0γAB管中平均流速和压强为p0和v0v0H0p0γAB不考虑液体压缩性和管壁弹性整个管路中流速同时为零在水流惯性作用下，管中压强全部同时升高至无穷大考虑闸门突然完全关闭（关闭时间为零）但关闭闸门需要一定时间，液体具有压缩性，管壁有弹性，对水击起到缓冲作用。因此，管路中各处流速并不是同时为零，压强也不是立即同时升高到一定的数值，而是从闸门向上游一个断面一个断面地逐渐变为零。因此，必须考虑液体压缩性和管壁弹性典型的水击过程可分为四个阶段cv0H0p0γΔpγAB阀门突然关闭，紧靠阀门处的微小液

4、层立即停止流动闸门突然关闭水击的第一阶段cv0H0p0γΔpγAB流速突然减小至零，使该层水流的动量发生突然变化v→0cv0H0p0γΔpγAB水流压强突然增大，水层压缩，密度增大，管壁膨胀cv0H0p0γΔpγAB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，致使该层水流的动量发生突然变化，水流压强突然增大，水层压缩，密度增大，周围管壁膨胀。cv=0H0p0γΔpγABv0但dl层上游液体未停止流动，仍以速度v0向前流动cv=0H0p0γΔpγABv0当碰到静止液层时，也象碰到阀门一样速度

5、立即变为零，压强升高Δp，液体压缩，管壁膨胀。cv=0H0p0γΔpγAB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。cv=0H0p0γΔpγAB此时整个管路流速为零，压强升高Δp，液体被压缩，全部管壁发生膨胀。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c表示增压逆波：增压顺波：减压逆波：减压顺波：顺水击波传播方向和恒定流时管道中流速方向相同逆水击波传播方向和恒定流时管道中

6、流速方向相反增水击波传播时，管道中压强增大减水击波传播时，管道中压强降低相长水击波传播第一阶段水击波传播第二阶段水击波传播第三阶段水击波传播第四阶段周期液体压缩管壁膨胀1阶段末液体和管壁状态压强流速变化水击波传播方向流向时程阶段典型的水击过程可分为四个阶段cv=0H0p0γΔpγAB管道入口处:压强始终保持恒定流时的压强原因：由于水库面积很大，库水位不会升高闸门突然关闭水击的第二阶段在瞬时，全管水体处于静止状态cv=0H0p0γΔpγABB处左侧:压强为H0右侧压强:在这一压差作用下，水体转而由管道向水库方向流

7、动cv=0H0p0γΔpγABcv=0H0p0γΔpγABv0B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。H0p0γABv0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恢复正常2阶段末液体和管壁状态压强流速变化水击波传播方向流向时程阶段典型的水击过程可分为四个阶段H0p0γABv0在时，全管压强、密度、及管壁都恢复正常闸门突然关闭水

8、击的第三阶段H0p0γABv0但管中有一反向流速，与阀门完全关闭要求的条件是不相容的，它使液体具有脱离阀门的趋势。闸门突然关闭水击的第三阶段cv0H0p0γABΔpγv=0为使水流适应闸门处流速等于零的要求，水流压强必须降低。cv0H0p0γABΔpγv=0导致阀门处液层压强骤然降低，液体膨胀，密度减小，管壁收缩，流动随即停止。v=-v0txv=0p0p0+Δpt+ΔtΔmv=FΔt0