什么是水锤现象？如何估算水击压力？
2025年02月05日 13:25:07
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在液体有压管道中，由于某种原因(如突然启闭、机泵突然停车等)，使液体流速发生突然变化，同时引起压强大幅度波动的现象称为水锤，或水击。水锤产生的瞬时压强称为水击压强，可达管道正常工作压力的几十倍至数百倍。这种压强大幅度波动，有很大的破坏性，可导致管道系统强烈振动、噪声造成阀门破坏，管道接头断开，甚至管道破裂等重大事故。
水击以波的形式传播，称为水击波，包含以下过程：第1阶段：升压波从阀门向管道进口传播阶段；第2阶段：降压波从管道进口向阀门传播阶段；第3阶段：降压波从阀门向管道进口传播阶段；第4阶段：升压波从管道进口向阀门传播阶段。
以上水击的传播完成一个周期，在一个周期内，水击波由阀门传到进口，再由进口传至阀门共往返2次，往返一次所需时间T=2L/a(L为管道长度；a为水击波传播速度)。水击传播过程中，管道各断面的流速和压强均随时间变化，所以水击过程是非恒定流。
水击压力估算1、直接水击若阀门关闭时间Tz<2L/a，那么最早发出的水击波的反射波回到阀门以前，阀门已全关闭，此时阀门处的水击压强和阀门在瞬时关闭相同，称为直接水击。水击波的传播速度a一般远大于管内流速v0， 因此：△P=ρa(v0-v)；如阀门瞬时关闭，v=0，则水击压强的值为：△P=ρav0。式中△P为水击压强，Pa；v0为水击前管道中平均流速，m/s。
2、间接水击如果阀门关闭时间Tz>2L/a，则开始关闭时发出的水击波的反射波，在阀门尚未关闭前，已越过阀门断面，随即变为负的水击波向管道进口传播，由于负水击压强和阀门继续关闭所产生的正水击压强相叠加，使阀门处水击压强小于直接水击压强，这种情况的水击称为间接水击，间接水击与水击波传播速度无关。
式中T为水击波相长，T=2L/a；Tz为阀门关闭时间。
3、水击波传播速度直接水击压强与水击波的传播速度成正比，因此，计算直接水击压强需要知道水击波传播速度a0。考虑水的压缩性和管壁的弹性变形，水击波传播速度公式如下：
式中a0为水中声波的传播速度，水温10℃左右，压强 0.1~2.5MPa，a0=1435m/s；E0为水的弹性模量，E0=2.04 × 105N/cm³；E为管壁弹性模量，N/cm²；d为管道直径，cm；δ为管壁厚度，cm。
水锤的应用为了避免水击破坏或降低水锤的破坏程度，应根据水击计算的结果来确定某些阀门的动作时间。对于会影响水锤破坏程度的阀门，动作时间不能太快或太慢，应保证阀门让流体通过以降低破坏。
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