有壓管道中,液體流速發生急劇變化所引起的壓強大幅度波動的現象。管道系統中閘門急劇啟閉,輸水管水泵突然停機,水輪機啟閉導水葉,室內衛生用具關閉水龍頭,都會產生水擊。水擊可導致管道系統的強烈震動,產生雜訊和氣穴。它是促使管道破裂的最經常的因素。掌握水擊壓強的變化規律對輸水管道的設計,對消減水擊的破壞作用,有很大的實際意義。
理想水擊波動過程 設想流速突然變化、波動過程無能能量損失的水擊模型,管道長為l,上遊接水池,當下遊閥門突然關閉時,靠近閥門的液體流速由v減低至零,壓強增大。這種減速增壓的增壓波以彈性波速c上行傳播,歷時l/c到達上遊末端,以壓強恢復為原始壓強的常壓波向下行傳播,經歷同樣的時間(l/c)回到閥門。此後再以壓強低於原值的減壓波上行傳播,又以常壓波下行回到閥門。完成整個水擊周期,共需時間T=4l/c。以後將不斷地重復上述波動過程。實際上閥門不是瞬時關閉,因此實際波動可以看作一系列微段時間閥門關閉所導致一系列微小上行波,及微小下行波之和。在波動過程中,粘性作用消耗能量,使波動幅值逐漸趨於消失。
水擊壓強 水擊的基本問題是最大壓強的計算,最大壓強一般出現在發射波斷面(如閥門處)。根據上述波動過程可以繪出理想水擊時閥門處的壓強隨時間變化圖。
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當閥門關閉時間ts≤2l/c,產生直接水擊。直接水擊的壓強升高
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當閥門關閉時間ts>2l/c為間接水擊。間接水擊的計算需要知道流速隨時間變化的關系,可用2l/c時間內的最大流速減低值代入上述Δv求壓強增量。
水擊基本方程式 一般水擊壓強計算可采用下列方程組,結合起始條件和邊界條件求積分。或在電子計算機上求解。
水擊運動微分方程
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