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水击

/water hammer/
条目作者董乐意

董乐意

最后更新 2024-12-13
浏览 193
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在压力管道中,由于液体流速的急剧改变,造成瞬时压力显著、反复、迅速变化的现象。又称水锤。

英文名称
water hammer
所属学科
土木工程

“水击”语出《庄子·逍遥游》:“鹏之徙于南冥也,水击三千里,抟扶摇而上者九万里”,这里是指鹏飞将起,以翼击水。

水击的基本理论早在1898年就被俄国学者H.E.儒科夫斯基提出并做了实验研究。1925年,又有俄国学者首先导出了忽略阻力的简化水击方程,稍后意大利学者得出了更为准确的水击方程。根据简化水击方程导出的水击计算连锁方程,曾广泛用于计算管道水击压力,其缺点是不能用于分析复杂管路和复杂边界的水击。计算机的应用带来了计算上的革命,合作研究者首先发明了用计算机计算管道水击的特征线法,随后出版了瞬变流专著,奠定了用计算机分析管道水击的基础。用特征线法计算水击可以分析复杂管路,也可以处理复杂的边界条件,是公认的水击计算方法。

当压力管道的阀门突然关闭或开启时,或当水泵突然停止或启动时,因瞬时流速发生急剧变化,引起液体动量迅速改变,而使压力显著变化。管道上止回阀失灵,也会发生水击。在蒸汽管道中,若暖管不充分,疏水不彻底,导致送出的蒸汽部分凝结成水,体积突然缩小,造成局部负压真空,周围介质将高速向此处冲击,也会发出巨大的音响和振动。水击波在水管中的传播速度很快,根据管径从大到小,可达900~1350米/秒。

水击发生时,压力升高值可能为正常压力的好多倍,使管道和设备承受很大应力;压力的反复变化,会引起管道和设备的振动,严重时会造成管道、管道附件及设备的损坏甚至爆炸。

为了预防水击的危害,可在管路上设置空气室,或安装具有安全阀性质的水击消除阀,如安全阀。具体措施包括:①适当加大管径,限制管道流速(一般在有压液体系统中把流速控制在4.5米/秒以内);②正确操作开关阀门和水泵,尽量使管道内流体速度均匀变化;③蒸汽管道启动时要充分暖管,彻底疏水,运行过程中也要做好阀门和管道上翻处的疏水;④尽量缩短管长,以减少压力冲击波的传播时间;⑤在容易发生水锤冲击的部位设置蓄能器,以吸收冲击压力;也可以在这些部位安装安全阀,以限制压力升高。

供热管道输送的介质是高温水或蒸汽,如果设计和运行不当,很容易引起水击,造成管道、管道附件、设备的损毁甚至爆炸,严重时会导致人员受到伤害,给供热公司和用户造成重大损失和恶劣社会影响。所以,通过对水击的研究和计算,为优化设计供热系统及其经济安全运行提供重要的理论依据,具有良好的经济效益和社会效益。

  • 王树人.水击理论与水击计算.北京:清华大学出版社,1981.

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