【本周推荐】-流体管网水锤现象及计算

流体管网水锤现象及计算

一、现象

水锤是在弹性液体介质内因液体的压力振动而引起的波动过程。在压力供水系统中，急剧的流速变化导致系统中流体密度和压力的剧烈变化，这种现象表现为水锤。

其产生条件是多方面的：

1. 阀门突然开启；

2. 供水泵组突然启闭；

3. 供水高差过大；

4. 供水泵组扬程过高；

其危害也是多方面的：

1. 管道振动强烈，管道接头断开；

2. 破坏阀门；

3. 管道爆管或瘪塌，供水管网压力降低；

4. 泵反转，破坏泵房设备和管道；

水锤分类如下表1。

表1 分类

二、理论部分

2.1 基础理论

图 1 流程简述

冲量定理：单位时间内动量的改变等于所受的外力

以下为基本公式：

2.2 水锤波速

Halliwell公式：

图 2   Halliwell公式

a 为水锤传播速度; K为液体体积弹性模量；

ρ 为液体的密度; E 为管壁材料的弹性模量;

Ψ 为无量纲数，取决于管道特性，刚性管为0；

Parmakian公式：

图 3   Parmakian公式

a 为水锤传播速度; K为液体体积弹性模量；

C1为管道约束系数，刚性管为0; ρ 为液体的密度;

E 为管壁材料的弹性模量; e为管壁厚度；D 为管壁内径；

2.3 基本微分方程

基本假设：

1. 一元流，且在整个管道横断面上流速是均匀分布的。

2. 恒定流的阻力损失适用于瞬变流计算。

3. 管壁材料和液体都是线弹性的。

图 4   控制体

特征线法方程求解：

图 5   特征方程

图 6   特征线

图 7   公式求解流程

ΔH的大小仅与c及Δv有关，而与开度变化规律及管道长度无关。相对而言，直接水锤产生的水锤升压很大，应绝对避免。

三、水锤预防

3.1 设计

1. 管线避免急剧的线路变化；

2. 降低流速；

   3.2 后期预防

1. 泵变频调节；

2. 缓闭止回阀；

3. 稳压设备；

4. 旁通；

5. 多级止回阀；