流体力学少学时何川第四章管路水力计算课件教学.pptVIP

特点 压力的反复变化会使管壁及设备受到反复的冲击，发出强烈的振动和噪音，尤如管道受到锤击一样，故又称为水锤。 这种反复的冲击还会使金属表面损坏，打出许多麻点，轻者增大了流动阻力，重者损坏管道及设备。 危害 水击对各种工业管道和生活中的供水管道、水泵及其连接的有关设备的安全运行都是有害的，特别是在大流量、高流速的长管中以及输送水温高、流量大的水泵中更为严重。 应用 水锤泵（又称水锤扬水机）就是利用水击压力变化反复工作的，且不需要任何其它动力设备。 二、水击的传播过程 1．压缩过程 如图所示，长度为L的管道上当阀门突然关闭后，首先在N-N断面上液体停止了流动，同时压力升高ph。然后相邻的另一层液体也停止了流动，压力也相应升高ph。这种压力升高以水击波的传播速度a由阀门处一直向管道进口传播，如图（a）所示。经时间传到管道进口，这时整个管道中压力都升高到p+ph。液体受到压缩，密度增高，管壁膨胀，这是一个减速增压的压缩过程。 2．压缩恢复过程 压缩过程结束后，管道中各处压力都比M-M断面的左侧容器中压力高了ph。在压力差ph的作用下，M-M断面右侧相邻的一层液体将以速度v由管道流回容器内，如图（b）所示。与此同时，这层液体的压力由p+ph恢复到正常的压力p，管壁的膨胀也得到恢复，这种恢复以水击波的传播速度a向管道末端N-N传播。从阀门关闭时间算起，经过时间 后，由M-M传播到N-N断面，使整个管道都恢复到正常数值。该过程是一个增速减压的压缩恢复过程。 3．膨胀过程 压缩恢复过程结束后，液体并不能停止流动，在惯性的作用下，液体还将以速度v继续向容器内流动，阀门N-N处液体首先减少，使其压力由p降低到p-ph。因而液体密度减小，体积膨胀，管壁相应收缩，同时液体的流动速度也降为零。这一膨胀仍以水击波速度a向M-M断面传播如图 （c）所示。 从阀门关闭时间算起，经过时间 后，使管道中的液体都处于膨胀状态，压力比正常情况下的压力降低了ph。此过程为减速减压的膨胀过程。 4．膨胀恢复过程结束后，由于容器内的压力高于管道内的压力，在压差的作用下，液体以速度v流向管内如图（D）所示。最先使管道进口M-M处的压力恢复到正常情况下的压力，管壁也恢复到正常情况。然后压力的恢复由 M-M断面以水击波的传播速度a向N-N断面传播。从关闭阀门时算起，经过时间 ，完成了增速增压的膨胀的过程，使整个管道中液体的压力、密度都恢复到了正常值，从而结束了一个周期的水击变化过程。 水击的传播过程 断面N处水击压力随时间的变化情况 若不考虑水击传播过程中的能量损耗，在t4时间后，管道中的压力又要重复上述变化过程将一直周期地进行下去，如图（a）所示。实际由于流动的阻力及管壁变形的能量耗损，水击压力将迅速衰减，直至消失，如图（b）所示。  综观上述分析不难得出：引起管路中速度突然变化的因素（如阀门突然关闭），这只是水击现象产生的外界条件，而液体本身具有可压缩性和惯性是发生水击的内在原因。 三、水击的类型 正水击：阀门迅速关小，流量急剧减少，表现为管道中压力骤然升高的水击。 负水击：阀门迅速开大，流量急剧增大，表现为管道中压力骤然下降的水击。 四、消除水击的措施 尽可能的延长阀门的启闭时间，缩短管道长度，避免直接水击发生； 减小流速，从而降低水击压力。可采用增大管道直径或限制流速的办法，（一般液压系统中最大流速限制在5～7m/s左右） 。 采用过载保护，在可能产生水击的管道中装设安全阀、调压塔、溢流阀和蓄能器等以缓冲水击压力。 增加管道弹性，例如液压系统中，铜管和铝管就比钢管有更好的防水击性能，或采用弹性较大的软管，如橡胶或尼龙管吸收冲击能量，则可更明显地减轻水击。 小 结 本章应用流体力学基本方程导出的质量守恒、机械能守恒基本关系式，结合流体在管道中流动的特点，从工程应用的角度，介绍了管路水力计算的方法。并简单介绍了管道内的水击现象。 在线教务辅导网： 更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网 管段的压强损失为 管段4-5： ，取限定流速 ，初选管径 此计算结果，恰与标准管径吻合。故采用 。其余计算结果见表4-10。管段5-6和7-8属于同一单管路，流量为 若取限定流速 ，则初选管径 因为实际风速 ，故在选用标准管径时，应使