压力管路中的水击现象与处理方法

2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：水击现象的定义是什么？列举三种水击现象的预防措施。

在工业管道中，常会出现某种现象，例如有压管道中的阀门或水泵突然开启或关闭以及水轮机和液压缸负荷突然发生变化，从而让管路内流速与压力急剧产生变化，作用在流体上的管内局部压力突然升高或者降低，也就是压力突变使管壁产生振动并伴有捶击声，这种水力现象就称为水击或水锤现象（Water hammer phenomenon）。开泵、停泵、开关闸阀过于快速，使水的速度发生急剧变化，特别是突然停泵引起水锤，可能造成管道、水泵或阀门破坏，并引起水泵反转，管网的水压降低，所以预防水锤发生极为重要。一般而言预防水锤发生的措施大抵可以分成延长阀门关闭时间、改变管道设计以及设置缓冲装置等方法，相关内容描述如下。

10.10.1 延长阀门关闭时间

根据管道特性调整各类电动阀门开闭时间，采用正确的阀门操作方法，在管道操作的开停过程中严格控制阀门的开关顺序及速度，尽量避免直接水击，在间接水击中，关闭时间越长．则间接水击造成的损害就越低。

10.10.2 改变管道设计

在保证流量的条件下，尽量采用大口径的管道，以减小管内流速，尽量缩短发生水击的管道长度，从而降低水击造成的损害。此外，采用弹性较好的管壁材料，也可以避免水击造成的损害。

10.10.3 设置缓冲装置

由于水工建筑物布置的条件限制，压力管道的长度不能改变时，可以在靠近阀门的地方修建调压井或在管道中设置安全阀等缓冲装置，缩小水击压力影响的范围，减小水击造成的损害。另外，水锤产生的另一个原因是水管中有空气，空气柱会在突然降压时膨胀，推动水柱运动，这样气推水，水推气，形成水锤，造成大的破坏力。特别是第一次试水，必须排气，在管道中设置空气蓄能器有助于减小水击造成的损害。

水击现象发生时引起压力数值升高，可能为正常压力的几十倍甚至几百倍，而且增降压和交替频率过快，反复的冲击会使金属表面损伤，轻者增大流动阻力，重者损坏管道及设备。水击现象对生产和生活影响甚大，所以在管道设计、液压传动及水力工程中不容忽视。

课后练习

（1）如果某低速送风管道的管径 d= 200 mm ，风速 V= 3 m/s ，空气的温度为 40 °C 时运动黏度为 17.6×10- 6 m2/s 和临界雷诺数 Rec=2 320。问在风道内气体的雷诺数是多少？

（2）如果某低速送风管道的管径 d= 200 mm ，风速 V= 3 m/s ，空气的温度为 40 °C 时运动黏度为 17.6×10- 6 m2/s 。问在风道内气体流动的状态是什么？

（3）如果某低速送风管道的管径 d= 200 mm ，空气的运动黏度为 17.6×10 - 6 m2/s 和临界雷诺数 Rec=2 320，问该风道内的空气保持层流最大速度是多少？

（4）造成沿程水头损失hf的原因是什么？其计算公式又是什么？

（5）造成局部水头损失hζ的原因是什么？其计算公式又是什么？

（6）完全发展流长度代表的物理意义是什么？

（7）圆管湍流的完全发展流长度比圆管层流的完全发展流长度来得小的原因是什么？

（8）时均稳态湍流的定义是什么？

（9）流体在管道内做湍流运动时的湍流结构分成哪三个部分？

（10）层流底层厚度δ与雷诺数的关系是什么？