工学第五章孔口管嘴出流和有压管路ppt课件

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1、第五章第五章 孔口、管嘴出流和有压管路孔口、管嘴出流和有压管路 5.1 孔口出流孔口出流5.2 管嘴出流管嘴出流5.3 短管出流短管出流5.4 长管的水力计算长管的水力计算5.5 给水管网水力计算根底给水管网水力计算根底5.6 有压管路中的水击有压管路中的水击概概 述述 在工程中，工程中常见的一些流动景象，如：孔口出流、管嘴出流和在工程中，工程中常见的一些流动景象，如：孔口出流、管嘴出流和有压管流。这些流动景象在专业中有很大的实意图义，如：通风工程中空有压管流。这些流动景象在专业中有很大的实意图义，如：通风工程中空气经过门窗的流量计算、经过孔板送风量的计算和暖通空调系统中各种管气经过门窗的流量

2、计算、经过孔板送风量的计算和暖通空调系统中各种管道系统的计算等。道系统的计算等。本章将运用前述的流体根本原理结合详细流动条件，研讨流体经孔本章将运用前述的流体根本原理结合详细流动条件，研讨流体经孔口、管嘴和在管路中的水力计算原理和方法。口、管嘴和在管路中的水力计算原理和方法。p0 papa孔板送风孔板送风楼板夹楼板夹层层房间房间孔口、管嘴、管路区分孔口、管嘴、管路区分d dl当当 34d 或或 l 34d 为孔口；为孔口；当当 =34d 或或 l=34d 为管嘴；为管嘴；当当 34d 或或 l 34d 为短管管路；为短管管路；孔口、管嘴出流与有压管流孔口、管嘴出流与有压管流管嘴出流：流体经短管

3、并在出口断面满管管嘴出流：流体经短管并在出口断面满管流流 出的流动景象。出的流动景象。有压管流：沿管道满管流动的流动景象。有压管流：沿管道满管流动的流动景象。特点：无自在液面，流体压强普通不等于大气压强。特点：无自在液面，流体压强普通不等于大气压强。d1Hd2q v1q v2有压管流有压管流孔口出流：流体经过孔口出流的流动景象。孔口出流：流体经过孔口出流的流动景象。dHCC管嘴出流管嘴出流dHCC孔口出流孔口出流5.1.1.孔口出流分类孔口出流分类u按按d和和H的比值不同分：的比值不同分：u 大孔口大孔口d/H0.1、小孔口、小孔口d/H0.1dHCCu按作用水头能否随时间而变化分：恒定出流、

4、非恒定出流按作用水头能否随时间而变化分：恒定出流、非恒定出流 u根据壁厚能否影响射流外形分：薄壁孔口、厚壁孔口根据壁厚能否影响射流外形分：薄壁孔口、厚壁孔口 u根据出流空间情况可分：自在出流、淹没出流根据出流空间情况可分：自在出流、淹没出流 淹没出流淹没出流淹没出流淹没出流自在出流自在出流5-1 孔口出流孔口出流 5.1.2.1 小孔口的自在出流小孔口的自在出流容器中的液体自孔口出流到大气中，称为孔口自在出流。容器中的液体自孔口出流到大气中，称为孔口自在出流。设孔口断面的面积为设孔口断面的面积为A A，收缩，收缩断面的面积为断面的面积为 ，称为称为孔口收缩系数。孔口收缩系数。cAAAc2d孔口

5、自在出流时，在出流流股距孔口自在出流时，在出流流股距孔口孔口 处，流线断面收缩到达处，流线断面收缩到达最小，流线趋于平行，成为渐变最小，流线趋于平行，成为渐变流，该断面称为收缩断面。流，该断面称为收缩断面。收缩断面，即图右中的收缩断面，即图右中的c-c断面。断面。基准面：孔口形心的程度面基准面：孔口形心的程度面取断面取断面0-00-0和收缩断面和收缩断面c-cc-c，符合，符合渐变流条件渐变流条件伯努利方程伯努利方程：wccchgvgpgvgpH20222000沿程损失甚微沿程损失甚微202cwjvhhggvgvgppHccc2)(2202000gvgvgvgpgpHcccc220220220

6、00整理整理那那么么 000221gHgHvcc作用总水头部分阻力系数圆形薄壁小孔口，由实验得可流速系圆形薄壁小孔口，由实验得可流速系数为：数为：98.097.0孔口出流的流量为孔口出流的流量为gvgppHHc220000令令 00111c流速系数：流速系数：0022gHAgHAAvQcc孔口的流量系数对圆形薄壁小孔口对圆形薄壁小孔口 。62.060.05.1.2.1小孔口的淹没出流小孔口的淹没出流淹没出流：假设孔口流出的水淹没出流：假设孔口流出的水股不是进入大气中，而是进入股不是进入大气中，而是进入另一部分水中，即孔口淹没在另一部分水中，即孔口淹没在下游水面之下的情况。下游水面之下的情况。u

7、取符合渐变流条件的断面取符合渐变流条件的断面1-11-1及及2-22-2u基准面：过孔口形心的程度面基准面：过孔口形心的程度面gvvgppHHH222221121210其中其中列伯努利方程：列伯努利方程：gvgvgvgpHgvgpHcsec22222202222221111当孔口两侧均为敞口容器，水面为自在液面当孔口两侧均为敞口容器，水面为自在液面 ，当，当容积较大时可取容积较大时可取 ，那么，那么 021 pp021 vvgvHcse2)(200此时，此时，gvHc2)1(2000002211gHgHvc孔口的部分阻力系数孔口的部分阻力系数收缩断面收缩断面部分阻力系数部分阻力系数1se011

8、 为淹没出流流速系数，与自在出流为淹没出流流速系数，与自在出流 数值相等，数值相等，但含义有所不同。自在出流时但含义有所不同。自在出流时 ，淹没出流时，淹没出流时 0.1c0.1se 孔口淹没出流流量为：孔口淹没出流流量为：0022gHAgHAAvQcc孔口自在出流与淹没出流其公式方式一样，孔口自在出流与淹没出流其公式方式一样，、在孔口一在孔口一样条件下亦相等。样条件下亦相等。但应留意，在自在出流情况下，孔口的水头但应留意，在自在出流情况下，孔口的水头H H为水面至孔口为水面至孔口形心的深度；而在淹没出流时，孔口的水头形心的深度；而在淹没出流时，孔口的水头H H为孔口上、下为孔口上、下游的水面

9、高差。游的水面高差。因此，孔口淹没出流时不论大孔口出流还因此，孔口淹没出流时不论大孔口出流还是小孔口出流，其计算方法一样。是小孔口出流，其计算方法一样。5.1.3大孔口出流大孔口出流 实践计算阐明，小孔口的流量计算公式实践计算阐明，小孔口的流量计算公式 也适用于大孔口，在估算大孔口流量时，应思索上游流速水也适用于大孔口，在估算大孔口流量时，应思索上游流速水头，而且流量系数值因收缩系数比小孔口大，因此流量系数头，而且流量系数值因收缩系数比小孔口大，因此流量系数亦大。亦大。02gHvc表表7-17-1大孔口的流量系数大孔口的流量系数 5.1.4孔口的变水头出流孔口的变水头出流 在孔口或管嘴出流过程

10、中，如容器水面随时间变在孔口或管嘴出流过程中，如容器水面随时间变化，孔口的流量必亦随时间变化，这种情况称为变水头孔化，孔口的流量必亦随时间变化，这种情况称为变水头孔口或管嘴出流口或管嘴出流 。变水头孔口或管嘴出流是非恒定流。假定容器内变水头孔口或管嘴出流是非恒定流。假定容器内液面高度变化缓慢，在每一个微小时段液面高度变化缓慢，在每一个微小时段 内可近似以为水内可近似以为水位不变，可运用孔口或管嘴恒定出流的公式。这样就位不变，可运用孔口或管嘴恒定出流的公式。这样就把非恒定流问题转化为恒定流处置。把非恒定流问题转化为恒定流处置。td 某时辰，孔口的水头为某时辰，孔口的水头为 ，在微小，在微小时段时

11、段 内，经孔口流出的液体体积为内，经孔口流出的液体体积为 htdtghAtQd2dhtQddhtghAdd2hhgAtd2d在同一时段内，容器内水面降落在同一时段内，容器内水面降落 ，于是液体所减少的体积为于是液体所减少的体积为 ，由于从孔口流出的液体体积应该和容，由于从孔口流出的液体体积应该和容器中液体体积变化数量相等，即器中液体体积变化数量相等，即 hdhVdd)(22d22121HHgAhhgAtHH ，那么求得容器，那么求得容器“泄空水面降到孔口处所需时泄空水面降到孔口处所需时间间02Hmax11122222QVgHAHgAHt 上式阐明，变水头出流时容器上式阐明，变水头出流时容器“泄

12、空所需求的时间泄空所需求的时间等于在起始水头等于在起始水头 作用下恒定出流流出同体积水所需时作用下恒定出流流出同体积水所需时间的二倍。间的二倍。1H容器泄空体积容器泄空体积开场出流开场出流最大流量最大流量5.2管嘴恒定出流管嘴恒定出流 假设孔口器壁厚度假设孔口器壁厚度 时，或在孔口处有长度时，或在孔口处有长度 的短管，液体经短管流出并在出口断面充溢管口的流动景象的短管，液体经短管流出并在出口断面充溢管口的流动景象称为管嘴出流。管嘴出流分为自在出流和淹没出流。称为管嘴出流。管嘴出流分为自在出流和淹没出流。d43dl43u0 00 0断面及断面及b bb b断面断面管嘴水头损失wbhgvgpgvg

13、pH2222000列伯诺里方程：列伯诺里方程：u以管嘴中心线为基准线。以管嘴中心线为基准线。5.2.1圆柱形外管嘴恒定出流圆柱形外管嘴恒定出流2200 00 0022bppvvHHHggg代入伯努利方程，解得代入伯努利方程，解得 00221gHgHvnn0022gHAgHAvAQnn沿程水头损失很小可略去沿程水头损失很小可略去22wjnvhhg那么：那么：计算公式完全一样，但流量系数不同，计算公式完全一样，但流量系数不同，n=1.32n=1.32，阐明在一样水头作用下，同样过流断面，管嘴过流才阐明在一样水头作用下，同样过流断面，管嘴过流才干是孔口过流才干的干是孔口过流才干的1.321.32倍，

14、这是由于收缩断面真空倍，这是由于收缩断面真空作用的结果。作用的结果。管嘴出流与孔口出流比较：管嘴出流与孔口出流比较：0vgH2Aq 62.060.0 孔出流口：孔出流口：0nvgH2Aq 82.0 nn管嘴流口：管嘴流口：5.2.25.2.2、其它方式的管嘴、其它方式的管嘴 流速、流量计算公式与圆柱形外管嘴完全一样，只是流速系数、流量系数不同而已。详细数值可查有关图表。97.0 圆锥形扩张管嘴：具有较大过流才干和较低出口流速；圆锥形扩张管嘴：具有较大过流才干和较低出口流速；圆锥形收敛管嘴：具有较大出口流速；圆锥形收敛管嘴：具有较大出口流速；流线型管嘴：管嘴内无收缩、扩张，阻力系数最小。流线型管

15、嘴：管嘴内无收缩、扩张，阻力系数最小。孔口管嘴出流特性孔口管嘴出流特性 5.3短管出流短管出流 根据短管的出流情况，可将其分为自在出流和淹没根据短管的出流情况，可将其分为自在出流和淹没出流加以分析出流加以分析 。以过出口断面以过出口断面2 22 2形心的程度面为形心的程度面为基准面，在水池中基准面，在水池中离管路进口某一间离管路进口某一间隔处取断面隔处取断面1 11 1，对对1 11 1和和2 22 2断面断面列伯努利方程列伯努利方程 5.3.1自在出流自在出流waahgvgpgvgpH202220002002HgvH令令 由上式可知，短管水流在自在出流的情况下，它的作由上式可知，短管水流在自

16、在出流的情况下，它的作用水头用水头 除了用于抑制水流阻力而引起的能量损失外，除了用于抑制水流阻力而引起的能量损失外，还有一部分变成出口动能。还有一部分变成出口动能。0HwhgvH220那么那么水头损失包括水头损失包括 222222wfjcl vvvhhhdggg3212 、分别表示在管路进口、弯头及闸门处的部分分别表示在管路进口、弯头及闸门处的部分阻力系数。阻力系数。123 短管的总阻力系数，短管的总阻力系数，cdlc将水头损失代入将水头损失代入 ，得，得 whgvH220gvHc2)(200.1取取 0211gHvc部分阻力系数由延续性方程，得由延续性方程，得 0121cQAvAgH11cc

17、令令02cQAgH短管的流量为短管的流量为短管自在出流的流短管自在出流的流量系数量系数短管的过水断面短管的过水断面面积面积5.3.2淹没出流淹没出流 以下游自在外以下游自在外表表0 00 0作为基准面作为基准面，在断面，在断面1 11 1和断和断面面2 22 2之间建立伯之间建立伯努利方程努利方程waahgvgpgvgpH2022222002002wvHhg20002vHHg令令0ap 22 202vg那么那么whH 0阐明短管水流在淹没出流的情况下，它的作用水头完全阐明短管水流在淹没出流的情况下，它的作用水头完全耗费在沿程水头损失和部分水头损失上。耗费在沿程水头损失和部分水头损失上。水头损失

18、为2222wfjclvvhhh()dgg式中的式中的 和和 的意义与式的意义与式 所表示的一样。所表示的一样。c222222wfjcl vvvhhhdggg43212其中，其中，、分别表示在管道进口、弯头、阀门及管分别表示在管道进口、弯头、阀门及管路出口处的部分阻力系数。路出口处的部分阻力系数。1234gvhHcw220所以所以平均流速平均流速012cvgH假设管道的过水断面面积为假设管道的过水断面面积为A A，那么经过管道的流量，那么经过管道的流量 02cQvAAgH式中，式中，称为短管淹没出流的流量系数。称为短管淹没出流的流量系数。1cc 短管在自在出流和淹没出流情况下，流量计算公式短管在

19、自在出流和淹没出流情况下，流量计算公式的方式及流量系数的数值是一样的，但作用水头的计算的方式及流量系数的数值是一样的，但作用水头的计算是不同的，自在出流时作用水头为出口断面形心点上的是不同的，自在出流时作用水头为出口断面形心点上的总水头，淹没出流时上下游自在外表总水头差。总水头，淹没出流时上下游自在外表总水头差。5.4长管水力计算长管水力计算 在管道较长，等直径的情在管道较长，等直径的情况下况下,部分水头损失和流速水头部分水头损失和流速水头可以忽略不计，这就属于长管可以忽略不计，这就属于长管水力计算问题。水力计算问题。对于自在出流，对断面对于自在出流，对断面1 11 1和和2 22 2建立能量

20、方程式，建立能量方程式，221 12200022wvvHhgg在长管水力计算中，部分水头损失与管道的流速水头可以在长管水力计算中，部分水头损失与管道的流速水头可以忽略不计，因此忽略不计，因此 fHh这阐明，长管全部作用水头都耗费于沿程水头损失这阐明，长管全部作用水头都耗费于沿程水头损失 长管的流速水头长管的流速水头 忽略不计，因此它的总水头线忽略不计，因此它的总水头线与测压管水头线重合与测压管水头线重合 ，即从水池自在外表与管路进口断，即从水池自在外表与管路进口断面的铅直线交点到断面面的铅直线交点到断面2 22 2形心的倾斜直线。形心的倾斜直线。gv2222对于淹没出流，以下游水面作为基准面对

21、于淹没出流，以下游水面作为基准面 waahgvgpgvgpz202222200同理同理fzh长管水力计算的关键问题是计算沿程水头损失。长管水力计算的关键问题是计算沿程水头损失。5.4.1按比阻计算按比阻计算fh22fl vhdg达西公式达西公式2258fhlQgd24dQv代入令令 ，称为比阻，是单位流量经过单位长度管道，称为比阻，是单位流量经过单位长度管道所损失的水头，随管径与沿程阻力系数而变化所损失的水头，随管径与沿程阻力系数而变化 0258Sgd即即20fhS lQ5.4.2按谢才公式来计算按谢才公式来计算 由达西公式得由达西公式得212fhvJldg 钢管、钢管、铸铁管铸铁管3.120

22、7.11000dvJ 阻力平方区阻力平方区 过渡粗糙区过渡粗糙区 3.03.12867.01912.01000vdvJ钢筋混凝土管路钢筋混凝土管路 用谢才公式用谢才公式RCvJ22按舍维列夫公式求比阻按舍维列夫公式求比阻 流速流速 时，水流在阻力平方区时，水流在阻力平方区 smv/2.13.50001736.0dS 流速流速 时，处于紊流过渡区时，处于紊流过渡区 smv/2.13.53.000001736.0867.01852.0dvkSS过渡区的比阻过渡区的比阻 修正系数 ，k0 30 8670 852 1.,k.v 按曼宁公式求比阻按曼宁公式求比阻 在阻力平方区在阻力平方区 0258Sgd

23、及28Cg611RnC 33.5203.10Sdn 以管道阻抗表示的水头损失公式以管道阻抗表示的水头损失公式 20fhS lQlSS02fhSQ设串联管路各管段设串联管路各管段长度长度 、直径、直径 、流量流量 和各管段末和各管段末端分出的流量端分出的流量ilidiQiqiiiqQQ1由延续性方程由延续性方程 沿途无流量分出时，即沿途无流量分出时，即 ，各管段经过流量均相，各管段经过流量均相等。但在普通情况下，其水头损失需分段计算。等。但在普通情况下，其水头损失需分段计算。0iq按照长管思索按照长管思索 2011nnff ii iiiiHhhSl Q5.4.3串联管路串联管路 串联管路的测压管

24、水头线与总水头线重合，整个管道的串联管路的测压管水头线与总水头线重合，整个管道的水头线呈折线形。这是由于管段流速不同其水力坡度也各水头线呈折线形。这是由于管段流速不同其水力坡度也各不相等。不相等。5.4.4并联管路并联管路 A A和和B B之间的之间的各管段称为并联各管段称为并联管路，管路，ABAB段由三段由三条管段组成并联条管段组成并联管路。管路。并联管段普通按长管计算，并联管段普通按长管计算，A A与与B B之间各并联管段的水头之间各并联管段的水头损失皆相等。即损失皆相等。即 ffffhhhh321每条单独管段都是简单管路，用比阻表示可写成每条单独管段都是简单管路，用比阻表示可写成fhQl

25、SQlSQlS233302222021110fhQSQSQS233222211或或每条管段的流量为每条管段的流量为ifiShQ 并联管路的各管段直径、长度、粗糙度能够不同，因此并联管路的各管段直径、长度、粗糙度能够不同，因此流量也会不同。流量也会不同。由延续性方程，流向节点的流量等于由节点流出的流量，由延续性方程，流向节点的流量等于由节点流出的流量，所以所以A之前的管段流量为之前的管段流量为1231AniAiQQQQqQq设分流点设分流点A A与汇流点与汇流点B B之间的总流量为之间的总流量为ABQ 1nABAiiQQqQ所以所以ifiShQ 11111nnnfABfiiiiiiiihQhQS

26、SSSipABiSSQQ pniiSS111上式即为并联管路流量分配规律。上式即为并联管路流量分配规律。5.4.5沿程均匀泄流管路沿程均匀泄流管路 xQShxfdd20 xlxQQQShttzfdd20沿管长积分沿管长积分 llttzffxlxQQQSdhh0020d 假定管段的作用水头不变，假定管段的作用水头不变，经过流量为经过流量为 ，途泄流量为，途泄流量为 ，在长度，在长度dx上的水头损失为上的水头损失为 zQtQlxQQQQttzx假设管段的沿程阻力系数和直径不变，且流动处于阻力假设管段的沿程阻力系数和直径不变，且流动处于阻力平方区，那么比阻平方区，那么比阻 是常数。是常数。0S20c

27、flQSh 22031ttzzfQQQQlSh积分得积分得2231ttzzcQQQQQ令令 折算流量在工程上通常近似为折算流量在工程上通常近似为 tzcQQQ55.02013fthS lQ管路沿程均匀泄流量管路沿程均匀泄流量时，其水头损失为转时，其水头损失为转输流量经过时水头损输流量经过时水头损失的三分之一。失的三分之一。上式和简单长管水力计算公式上式和简单长管水力计算公式 方式一样，所以方式一样，所以沿程均匀泄流管路可按流量为沿程均匀泄流管路可按流量为 的简单管路进展水力计的简单管路进展水力计算。算。20fhS lQcQ0zQ当经过流量当经过流量 时时5.5 给水管网水力计算根底给水管网水力

28、计算根底 管段的管径根据流量管段的管径根据流量 及速度及速度 两者来决议。两者来决议。Qv 一定，Qvd造价降低造价降低fh费用添加费用添加vd费用添加费用添加fh造价降低造价降低因此，需按管网造价和管理费用之和最小时的经济流速来确定管径。因此，需按管网造价和管理费用之和最小时的经济流速来确定管径。无可用资料时无可用资料时可初步采用以下数值可初步采用以下数值 直径直径 100400dmmm/s0.16.0ev直径直径 400dmmm/s4.10.1ev5.5.1枝状管网枝状管网 各管段没有环形闭合的衔接，管网内任一点只能由一各管段没有环形闭合的衔接，管网内任一点只能由一个方向供水，一旦在某一点

29、断流那么该点之后的各管段均个方向供水，一旦在某一点断流那么该点之后的各管段均遭到影响。遭到影响。特点特点缺陷：供水的可靠性差缺陷：供水的可靠性差优点：节省管材、降低造价优点：节省管材、降低造价u枝状管网的水力计算，主要是确定水塔水面应有的高度或枝状管网的水力计算，主要是确定水塔水面应有的高度或u 水泵的扬程。水泵的扬程。u把距水源远、地形高、建筑物层数多、水头要求最高、通把距水源远、地形高、建筑物层数多、水头要求最高、通u 过流量最大的供水点称为最不利点或控制点。过流量最大的供水点称为最不利点或控制点。u主干线即指从水源开场到供水条件最不利点的管道，其他主干线即指从水源开场到供水条件最不利点的

30、管道，其他u 为支管。为支管。新建给水系统的设计新建给水系统的设计知：管路沿线地形，各管知：管路沿线地形，各管段管长段管长 ，流量，流量 ，自在，自在水头水头 ，求管路的各段直径和水求管路的各段直径和水塔高度。塔高度。lQzHevQd4解解:20iiiifQlShtzftzzHhH0tziiitzzHQlSH020 或或水塔的高度水塔的高度Ht计算公式为：计算公式为：改扩建给水系统的设计改扩建给水系统的设计 知管路沿线地形，水塔高度知管路沿线地形，水塔高度 ，管路长度，管路长度 ，用水点，用水点的自在水头的自在水头 及经过的流量，求管径。及经过的流量，求管径。tHlzHizttlHzzHJ0解

31、：解：取取 的管线作为控制干线进展设计。的管线作为控制干线进展设计。minJ20fhS lQ20iiQJSlhlHJf按照求得的按照求得的 值可选择各管段的直径值可选择各管段的直径。iS0实践选用时，由于管道一致规格的限制，会使得部分实践选用时，由于管道一致规格的限制，会使得部分管段比阻管段比阻So大于计算值大于计算值 ，部分却小于计算值。，部分却小于计算值。iS0此外还应确定出控制干线各节点的水头，并以此为准此外还应确定出控制干线各节点的水头，并以此为准设计各支线管径。设计各支线管径。知：各管段的经过流量知：各管段的经过流量 、各管段的管径、各管段的管径 ，求各段的水头损失求各段的水头损失

32、。Qdfh5.5.2环状管网环状管网 环状管网：由多条供水管路环状管网：由多条供水管路相互衔接成闭合外形的供水相互衔接成闭合外形的供水管路系统。管路系统。特点特点缺陷：因衔接纳使管线加长，添缺陷：因衔接纳使管线加长，添加了管网的造价。加了管网的造价。优点：管网内任一点均可从不同方优点：管网内任一点均可从不同方向供水，提高了供水可靠性；可减向供水，提高了供水可靠性；可减轻因水击景象而产生的危害。轻因水击景象而产生的危害。1pkgnnn管段数目管段数目 环数环数 节点数目节点数目 节点处节点处0iQ在各环内在各环内 02iifQSh0iQ个1pn02iiQSkn个个 拟各管段水流方向，拟各管段水流

33、方向，根据根据 分配流量分配流量 0iQ确定管径确定管径 计算管段的水头损失计算管段的水头损失 2iifQSh?02iifQShNY输出，终了！输出，终了！环状管网的计算环状管网的计算 5.6有压管道中的水击有压管道中的水击 水击：有压管中运动着的液体，由于阀门或水泵忽然水击：有压管中运动着的液体，由于阀门或水泵忽然 封锁，使得液体速度和动量发生急剧变化，从封锁，使得液体速度和动量发生急剧变化，从 而引起液体压强的骤然变化。而引起液体压强的骤然变化。由水击而产生的压强添加能够到达管中原来正常压强的几十倍甚由水击而产生的压强添加能够到达管中原来正常压强的几十倍甚至几百倍，而且增压和减压交替频率很

34、高，危害性很大。至几百倍，而且增压和减压交替频率很高，危害性很大。5.6.1水击的传播过程水击的传播过程第一阶段：第一阶段：开场时，水流开场时，水流 0v下游闸门封锁接近阀门处水流停顿流动接近阀门处水流停顿流动动量瞬间由动量瞬间由 变为零变为零 0mv压强骤然升高至压强骤然升高至 pp0上游水流速度仍为上游水流速度仍为0v 接近闸门处接近闸门处 水紧缩及管壁的膨胀水紧缩及管壁的膨胀 当接近阀门的第一层水停顿运动后，第二层以后的各层都相当接近阀门的第一层水停顿运动后，第二层以后的各层都相继地停顿下来，直到接近水池水层为止。继地停顿下来，直到接近水池水层为止。这种减速增压的过程，是以增压这种减速增

35、压的过程，是以增压 弹性波往上游弹性波往上游水池传送的，称此为水池传送的，称此为“水击波。水击波。为水击波的传送速度，为水击波的传送速度，为水管长度，那么为水管长度，那么 后后，自阀门开场的水击波便传到了水池，这时管内的全部液体，自阀门开场的水击波便传到了水池，这时管内的全部液体处在处在 作用下的受紧缩形状。作用下的受紧缩形状。pp0clclt pp0第二阶段第二阶段 水池中压强不变水池中压强不变 管路进口处的液体管路进口处的液体，在压差，在压差 作用下作用下，变为，变为p0v管中水由受紧缩的形状，自进口管中水由受紧缩的形状，自进口处逐层地迅速解除。处逐层地迅速解除。第三阶段第三阶段 管中的液

36、体仍有往水管中的液体仍有往水池方向流动趋势池方向流动趋势 阀门处的压强恢复到阀门处的压强恢复到 常压常压0p阀门处的压强急剧降低至阀门处的压强急剧降低至pp0阀门处阀门处 ，并逐渐向，并逐渐向水池挪动水池挪动00v管中液体全处在管中液体全处在 的减压形状的减压形状 pp0第四阶段第四阶段 进口处压强为进口处压强为 0p管路中的压强为管路中的压强为 pp0水流以水流以 从水池口从水池口处以流向管路处以流向管路 0v管中的水逐层获得管中的水逐层获得向阀门方向的向阀门方向的 0v管中的水压逐层升到管中的水压逐层升到0p水流恢复到水击未发水流恢复到水击未发生时的起始正常形状生时的起始正常形状 水击波在

37、全管长上来回传送一次水击波在全管长上来回传送一次 为一个相长为一个相长，两个相长的时间，两个相长的时间 为水击波的全周期。为水击波的全周期。clt2clt4 上述的弹性波传送、反射、水流方向的来回变动，都上述的弹性波传送、反射、水流方向的来回变动，都将周而复始地进展着，直至水流的阻力损失、管壁和水因将周而复始地进展着，直至水流的阻力损失、管壁和水因变形做功而耗尽了引起水击的能量时，水击景象方才终止变形做功而耗尽了引起水击的能量时，水击景象方才终止。水击景象水击景象的缘由的缘由外界条件：引起管路中速度变化的要素，外界条件：引起管路中速度变化的要素，如阀门忽然封锁等。如阀门忽然封锁等。内在缘由：液

38、体本身具有可紧缩性和惯性。内在缘由：液体本身具有可紧缩性和惯性。5.6.2水击压强的计算水击压强的计算 直接水击直接水击 直接水击：阀门封锁时间小于一个相长直接水击：阀门封锁时间小于一个相长 clTz2 由于骤然封锁阀门，由于骤然封锁阀门，段段水的流速由水的流速由 变为变为 ，其密度，其密度由由 变至变至 ，因管壁膨，因管壁膨胀过水断面由胀过水断面由 变至变至 ，在在 时段内，在管轴方向的动时段内，在管轴方向的动量变化为量变化为nm0vvAAAt00vvtcAAvvmt时段内，外力在管轴方向的冲量为：时段内，外力在管轴方向的冲量为：tAAptAAppAAp00质点系在质点系在 时段内动量的变化

39、，等于该系所受外力在时段内动量的变化，等于该系所受外力在同一时段内的冲量同一时段内的冲量 t得得0vvtcAAtAAp vvcp00pc vv 当阀门瞬时完全封锁：当阀门瞬时完全封锁：0maxcvp这就是直接水击计算公式。这就是直接水击计算公式。间接水击间接水击 间接水击间接水击:阀门封锁时间阀门封锁时间 clTz2u特点：阀门开场封锁时发出的水击波的反射波，在阀门尚未特点：阀门开场封锁时发出的水击波的反射波，在阀门尚未完全封锁前，已到达阀门断面，随即变为负的水击波向进口传完全封锁前，已到达阀门断面，随即变为负的水击波向进口传播，此时负水击压强和阀门继续封锁产生的正水击压强相叠加播，此时负水击

40、压强和阀门继续封锁产生的正水击压强相叠加，使阀门处最大水击压强小于按直接水击计算的数值。，使阀门处最大水击压强小于按直接水击计算的数值。普通直接水击近似由下式计算普通直接水击近似由下式计算 0zTpcvT 或或 002zzcvvpTlgg Tg T水击波相长水击波相长 阀门封锁时间阀门封锁时间 水击前管中水击前管中平均流速平均流速 5.6.3水击波的传播速度水击波的传播速度由延续性方程可得水击波的传播速度由延续性方程可得水击波的传播速度 000142511ccEEDDEE管壁厚度管壁厚度 管道直径管道直径 水的弹性模量水的弹性模量 管壁的弹性管壁的弹性模量模量 5.6.4水击危害的预防水击危害的预防 1)在接近水击产生处装设蓄能器、平安阀等用以缓冲在接近水击产生处装设蓄能器、平安阀等用以缓冲 或减小水击波的强度和传播间隔。或减小水击波的强度和传播间隔。2)尽量延伸管路阀门的封锁时间。尽量延伸管路阀门的封锁时间。3)缩短有压管路的长度，减少管内流速，在能够的条缩短有压管路的长度，减少管内流速，在能够的条 件下，尽量选用有弹性的管道。件下，尽量选用有弹性的管道。4)采取必要的附加安装，以便尽量使水击波衰减，比采取必要的附加安装，以便尽量使水击波衰减，比 如调压器，缓冲调压阀。如调压器，缓冲调压阀。