《工程流體力學》 第六章 管內(nèi)流動及水力計算

2024/11/231第六章管內(nèi)流動和水力計算第一節(jié)管內(nèi)流動的能量損失第二節(jié)黏性流體的兩種流動狀態(tài)第三節(jié)管道進口段黏性流體的流動第四節(jié)圓管中流體的層流流動第五節(jié)黏性流體的紊流流動第六節(jié)沿程損失的實驗研究第七節(jié)非圓形管道沿程損失的計算第八節(jié)局部損失第九節(jié)各類管流的水力計算第十節(jié)幾種常用的技術裝置第十一節(jié)液體出流第十二節(jié)水擊現(xiàn)象第十三節(jié)氣穴和氣蝕簡介管道內(nèi)的流動狀態(tài)；截面的速度分布；流動的能量損失；管道流動計算；2024/11/232《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.1管內(nèi)流動的能量損失一、不可壓粘性流體伯努利方程粘性應力/阻力作用下,流體層間存在速度梯度。固壁上速度為0；粘性阻力的存在使流體的機械能下降,表現(xiàn)在靜壓力下降。2024/11/233《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.1管內(nèi)流動的能量損失二、流動阻力損失2024/11/234已知:求:紊流流動:《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.1管內(nèi)流動的能量損失二、流動阻力損失2024/11/235《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.2黏性流體的兩種流動狀態(tài)一、雷諾實驗雷諾實驗觀察流體的流態(tài)；層流、湍流主因是流動層間有粘性及阻力；實驗與觀測手段:速度/流量可調(diào)/測量；保持穩(wěn)定流動；加入細微染色流體；過渡狀態(tài)紊流狀態(tài)層流狀態(tài)2024/11/236《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.2黏性流體的兩種流動狀態(tài)適當調(diào)整染色流量；水流閥門從最小慢慢變大；觀測染色液體由曲線變?yōu)榧氈本€,再變混亂和消失；水流閥門從最大慢慢變??；觀測染色液體由混亂變?yōu)榧氈本€。在上臨界、下臨界之間,流體處于過渡狀態(tài)。上臨界下臨界一、雷諾實驗2024/11/237二、流動狀態(tài)的判別《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.2黏性流體的兩種流動狀態(tài)記錄流動損失、流速關系；由層流到紊流:實驗點沿OABCD線移動。由紊流到層流:實驗點沿DCAO線移動。2024/11/238二、流動狀態(tài)的判別《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.2黏性流體的兩種流動狀態(tài)2024/11/239已知:求：水在管道中的流動狀態(tài)？如果輸送的石油，保持前種情況下的流速不變，流動又為何狀態(tài)？解:（1）

（2）,輸送水的流量所以水為紊流狀態(tài)。所以石油為層流狀態(tài)?！豆こ塘黧w力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.2黏性流體的兩種流動狀態(tài)二、流動狀態(tài)的判別2024/11/2310《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.3管道進口段中粘性流體的流動充分發(fā)展——沿流動方向速度不再變化；管道進口段各截面上的速度分布不斷變化,未充分發(fā)展；L>>Le時,不計；入口段阻力較大；湍流入口段較短。2024/11/2311《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.4圓管中的層流流動一、圓管橫截面上的切應力分布傾斜θ圓管；不可壓粘性流體,重力場；取微圓柱體,受力分析；粘性流體在圓管中作層流流動時,同一截面上的切向應力的大小與半徑成正比。2024/11/2312《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.4圓管中的層流流動二、圓管橫截面上的速度分布粘性流體在圓管中作層流流動時,流速的分布為一旋轉(zhuǎn)拋物面。2024/11/2313《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.4圓管中的層流流動三、平均速度和流量對于水平圓管，由于h不變，d(p+ρgh)/dl=dp/dx=-Δp/l，上式簡化為:2024/11/2314《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.4圓管中的層流流動四、沿程損失系數(shù)層流流動的沿程損失系數(shù)僅與雷諾數(shù)有關,而與管道壁面的粗糙度無關。這一結(jié)論已為實驗所證實。2024/11/2315《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.4圓管中的層流流動五、動能修正系數(shù)、動量修正系數(shù)和壁面阻力圓管中的層流流動的實際動能等于按平均流速計算的動能的兩倍。此式對于圓管中粘性流體的層流和紊流流動都適用。2024/11/2316《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.4圓管中的層流流動圓管層流流動微分方程圓管內(nèi)層流；選取單元體/控制體；充分發(fā)展時,沿流線速度無變化。2024/11/2317剪應力、速度分布u《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.4圓管中的層流流動2024/11/2318《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.5粘性流體的紊流流動

一、紊流流動的時均速度和脈動速度湍流/混雜/隨機脈動；基于層流的方程不再滿足；統(tǒng)計法描述；2024/11/2319《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.5粘性流體的紊流流動

二、紊流切應力,普朗特混合長度紊流切應力由兩部分構成:一是流體層間相對滑移引起的摩擦切向應力τv，與層流同。二是流體質(zhì)點的橫向脈動產(chǎn)生附加切向應力或雷諾應力τt。2024/11/2320《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.5粘性流體的紊流流動

普朗特（Prandtl）混合長度理論

假設1一個質(zhì)點和其它質(zhì)點發(fā)生碰撞之前都要經(jīng)過一段路程l,l被稱作普朗特混合長度。湍流2024/11/2321《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.5粘性流體的紊流流動

普朗特（Prandtl）混合長理論

由此可見,μt與μ不同,它不是流體的屬性,它只決定于流體的密度、時均速度梯度和混合長度。2024/11/2322《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.5粘性流體的紊流流動

三、圓管中湍流的速度分布、沿程損失1.圓管中湍流的區(qū)劃、粘性底層、水力光滑、水力粗糙湍流速度分布比較飽滿，壁面附近速度梯度較大；在壁面臨近湍流脈動消失，粘滯力增強，稱為粘性底層,很薄的一層；湍流的三個區(qū)域:湍流核心區(qū)、過渡區(qū)、粘性底層區(qū)；2024/11/2323《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.5粘性流體的紊流流動

三、圓管中湍流的速度分布、沿程損失1.圓管中湍流的區(qū)劃、粘性底層、水力光滑、水力粗糙水力光滑壁面過渡粗糙壁面水力粗糙壁面層流底層對阻力影響很大；也受管道的粗糙度ε影響；δ與ε的相對大小,對管道定義。水力光滑（δ>ε）:粘性底層完全淹沒了管壁的粗糙突出部分，流體像在完全光滑的管道中流動一樣。水力粗糙（δ<ε）:管壁的粗糙突出部分暴露在紊流區(qū)中，當流體流過時引起漩渦，產(chǎn)生新的能量損失，對紊流流動產(chǎn)生影響。2024/11/2324《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.5粘性流體的紊流流動

三、圓管中湍流的速度分布、沿程損失2.圓管中湍流的速度分布對于光滑管:紊流區(qū):附加切向應力τt>>粘性切向應力τv。普朗特假設:對于光滑壁面，假設l=ky，其中k為常數(shù)；同時假設k與y無關。水力光滑壁面2024/11/2325《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.5粘性流體的紊流流動

三、圓管中湍流的速度分布、沿程損失2.圓管中湍流的速度分布對于光滑管:在粘性底層中，速度可近似認為是直線分布:假設粘性底層與紊流分界處的流速用vxb表示,2024/11/2326《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.5粘性流體的紊流流動

三、圓管中湍流的速度分布、沿程損失2.圓管中湍流的速度分布對于光滑管:

Re

4.0×103

2.3×104

1.1×105

1.1×106

(2.0~3.2)×106

n1/6.01/6.61/7.01/8.81/100.79120.80730.81670.84970.86582024/11/2327《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.5粘性流體的紊流流動

三、圓管中湍流的速度分布、沿程損失2.圓管中湍流的速度分布對于粗糙管:水力粗糙壁面2024/11/2328尼古拉茲曲線可分為五個區(qū)域:I.層流區(qū)，Re<2320。II.過渡區(qū)，2320<Re<4000III.紊流光滑管區(qū)，4000<Re<26.98(d/ε)8/7IV.紊流粗糙管過渡區(qū)，26.98(d/ε)8/7<Re<2308(d/ε)8/7V.紊流粗糙管平方阻力區(qū)，2308(d/ε)8/7<Re《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.6沿程損失的實驗研究

一、尼古拉茲實驗(德.1933)尼古拉茲用黃沙由細到粗分為六種,用人工方法將顆粒大小均勻的沙粒分別粘貼在管壁上。雷諾數(shù)Re＝500～106

相對粗糙度e/d=1/1014～1/30

將不同管道、不同流速下的數(shù)據(jù)繪制在對數(shù)坐標紙上。2024/11/2329《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.6沿程損失的實驗研究

一、尼古拉茲實驗I.層流區(qū)(Re<2320)e/d對l無影響,為一斜直線。II.過渡區(qū)(2320＜Re＜4000)不穩(wěn)定區(qū)域,無一定規(guī)律III.紊流光滑管區(qū)

(4000＜Re＜26.98(d/e)8/7)不同相對粗糙度的管流,實驗點落在同一條傾斜直線上,但在該線上所占的區(qū)段不同。勃拉修斯公式（4×103＜Re＜105

）hf與v1.75成正比,又稱1.75次方阻力區(qū)。卡門一普朗特公式尼古拉茲經(jīng)驗公式(105＜Re＜3×106)l=0.0032+0.221Re-0.237

2024/11/2330《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.6沿程損失的實驗研究

一、尼古拉茲實驗IV.紊流粗糙管過渡區(qū)

26.98(d/e)8/7

＜Re＜2308(d/e)0.85當Re增大時,粘性底層厚度d減小,水力光滑管逐漸變?yōu)樗Υ植诠?。l=f(Re,e/d)洛巴耶夫公式V.紊流粗糙管平方阻力區(qū)

2308(d/e)0.85

＜Rel=f(e/d),與Re無關。尼古拉茲公式hf與v2成正比,又稱平方阻力區(qū)。2024/11/2331《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.6沿程損失的實驗研究

二、莫迪圖五個區(qū)域:1.層流區(qū)2.臨界區(qū)3.光滑管區(qū)4.過渡區(qū)5.完全紊流粗糙管區(qū)工程上的依據(jù)雷諾數(shù)、管壁相對粗糙度查找沿程阻力系數(shù)的圖表。2024/11/2332《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.6沿程損失的實驗研究

三、莫迪圖應用單一圓管流動損失2024/11/2333《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.6沿程損失的實驗研究

三、莫迪圖應用2024/11/2334《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.6沿程損失的實驗研究

三、莫迪圖應用2024/11/2335[例2]

已知管道參數(shù)和壓強降求流量。求:管內(nèi)流量qv。解：莫迪圖完全粗糙區(qū)的λ＝0.025,設λ1＝0.025,由達西公式查莫迪圖得λ2＝0.027,重新計算速度查莫迪圖得λ3＝0.027已知:

d＝10cm,l＝400m的舊無縫鋼管比重為0.9,

=10-5m2/s的油2024/11/2336[例3]

已知沿程損失和流量求管徑.求:管徑d應選多大?解：由達西公式

已知:

l＝400m的舊無縫鋼管輸送比重為0.9,

=10-5m2/s的油。qV

=0.0318m3/s2024/11/2337[例3]

已知沿程損失和流量求管徑由ε/d=0.2/98.4=0.002,查莫迪圖得λ2=0.027d2

=(3.69×10–4×0.027)1/5=0.0996(m)

Re2

=4000/0.0996=4.01×104

ε/d=0.2/99.6=0.002,查莫迪圖得λ3=0.027最后取d=0.1m。

用迭代法設λ1=0.025

2024/11/2338《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.7非圓形管道沿程損失的計算工程中一些場合用非圓管道輸送流體,如煙道、風道等。沿程阻力公式可以使用,采用當量直徑D來代替。非圓管道越接近圓,誤差越小；矩形長短比不宜超過8；圓環(huán)長短徑比不宜超過3；2024/11/2339《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.8局部阻力損失流體經(jīng)過閥門、彎管、突擴和突縮等管件時產(chǎn)生的局部損失。流體經(jīng)過部件時,由于通流截面、流動方向的急劇變化,引起速度場的迅速改變,增大了流體間的摩擦、碰撞以及形成旋渦等原因,從而產(chǎn)生局部損失。2024/11/2340《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.8局部阻力損失一、管道截面突擴時的局部損失管件截面積突變；漩渦/摩擦/阻礙；局部損失較大；已突擴管為例,選擇控制體1-2截面。2024/11/2341《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.8局部阻力損失二、管道截面突然縮小時的局部損失流體從大直徑管道流入小直徑管道,流束急劇收縮,由于慣性作用,流束在小直徑管道內(nèi)繼續(xù)收縮一段距離后再逐漸擴大,由于流速分布不斷變化,導致的摩擦和碰撞將產(chǎn)生能量損失；流體進入小直徑管道之前和在縮頸部位存在著旋渦區(qū),將產(chǎn)生不可逆的能量損失。2024/11/2342《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.8局部阻力損失三、流體在彎管中的局部損失截面上的速度分布急劇變化，速度梯度較大，切向應力產(chǎn)生的損失；旋渦產(chǎn)生的損失:彎管的外側(cè)壓力大，速度小，內(nèi)側(cè)壓力小，速度大。外側(cè)由A到B段和內(nèi)側(cè)的由A’到C’段都是增壓減速過程，動能轉(zhuǎn)化為壓強勢能，出現(xiàn)邊界層的分離，形成旋渦，造成損失；由于外側(cè)速度低于內(nèi)側(cè),內(nèi)側(cè)的離心力會大些,所以管道中心會出現(xiàn)內(nèi)側(cè)流體向外側(cè)的流動,這樣在徑向平面內(nèi)形成兩個旋轉(zhuǎn)運動,旋轉(zhuǎn)運動與主流束相結(jié)合形成二次螺旋流。彎管損失的一半來自于二次螺旋流。在紊流狀態(tài)下,二次螺旋流將持續(xù)100倍管道直徑的距離。2024/11/2343［例］如圖所示為用于測試新閥門壓強降的設備。21℃的水從一容器通過銳邊入口進入管系,鋼管的內(nèi)徑均為50mm,絕對粗糙度為0.04mm,管路中三個彎管的管徑和曲率半徑之比d/R=0.1。用水泵保持穩(wěn)定的流量12m3／h,若在給定流量下水銀差壓計的示數(shù)為150mm,（1）求水通過閥門的壓強降；（2）計算水通過閥門的局部損失系數(shù)；（3）計算閥門前水的計示壓強；（4）不計水泵損失,求通過該系統(tǒng)的總損失,并計算水泵供給水的功率。2024/11/2344【解】管內(nèi)的平均流速為m/s(1)流體經(jīng)過閥門的壓強降

Pa(2)閥門的局部損失系數(shù)由解得2024/11/2345（3）計算閥門前的計示壓強,由于要用到粘性流體總流的伯努利方程,必須用有關已知量確定方程中的沿程損失系數(shù)。21℃的水密度ρ近似取1000kg/m3,其動力粘度為Pa.s由于4000＜Re＜105,所以沿程損失系數(shù)的計算可用勃拉修斯公式,即管內(nèi)流動的雷諾數(shù)為2024/11/2346管道入口的局部損失系數(shù)根據(jù)粘性流體的伯努利方程可解得

Pa2024/11/2347(4)根據(jù)已知條件d/R=0.1查表5-3,彎管的局部阻力系數(shù)總損失mH2O2024/11/2348計單位重量流體經(jīng)過水泵時獲得的能量為hp，列水箱液面和水管出口的伯努利方程:由上式可解得水泵的功率P為mH2OW2024/11/2349《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.9管道的水力計算

一、串聯(lián)管道由不同管徑和不同粗糙度的管段串聯(lián)在一起組成的管道。通過串聯(lián)管道各管段的流量是相同的,串聯(lián)管道的損失應等于各管段損失的總和。2024/11/2350《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.9管道的水力計算

不同管徑、不同粗糙度和不同長度的管段并聯(lián)在一起。性質(zhì):并聯(lián)管道的總損失等于各分管道的損失，并聯(lián)管道的總流量等于各分管道流量的總和。二、并聯(lián)管道2024/11/2351三、分支管道《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.9管道的水力計算

工程中將有支管分流或匯流的管道稱為分支管道。性質(zhì):管路系統(tǒng)應滿足連續(xù)性方程，流入和流出管道匯合結(jié)點的流量必須相等，即∑qvi=0，為各分管道中的體積流量，流出結(jié)點為正，流入結(jié)點為負。管路中的局部損失也可以換算成等值長度，加到該管道長度上。對于很長的管道系統(tǒng)，局部損失常常忽略不計。2024/11/2352《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.9管道的水力計算

四、管網(wǎng)由若干管段環(huán)路相連結(jié)組成的管道系統(tǒng)稱為管網(wǎng)。廣泛應用于給排水和通風系統(tǒng)。管網(wǎng)的水力計算比較復雜，常采用試算法來求解。計算時需要遵循以下兩個原則:(1)每一個結(jié)點上,滿足∑qVi=0。流出結(jié)點為正,流入結(jié)點為負。(2)在任一封閉環(huán)路中,若逆時針方向流動的損失為正,順時針方向流動的損失為負,則能量損失的代數(shù)和等于0。2024/11/2353《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.9管道的水力計算

五、虹吸實際中,跨過一定高度,從高處向低處輸送液體的現(xiàn)象。虹吸管2處的壓力小于環(huán)境壓力/真空；若p2達到液體的飽和蒸汽壓力ps時,要汽化/中斷虹吸；分析最大的抽吸高度h1。2024/11/2354《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.9管道的水力計算

五、虹吸2024/11/2355《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.9管道的水力計算

六、薄壁堰堰流——液體越過障壁的流動。流量由堰板的深度決定；由于慣性作用,堰流的下表面有水舌。堰流比較復雜,目前有近似解。威斯巴赫假設:堰板上游，流動水平均勻，壓強符合靜力流體靜力方程。流體的自由表面在堰頂前保持水平。水舌的壓力為環(huán)境壓力。不計粘性力、表面張力。2024/11/2356《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.9管道的水力計算

六、薄壁堰2024/11/2357《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.10孔口管嘴出流工程中常遇到流體經(jīng)孔口和管嘴的出流問題。如水利中的閘孔、汽油機上的化油器、孔板流量計的孔板和消防水龍頭等。厚壁孔口外伸管嘴可作為厚壁孔口的特例。薄壁孔口s表示容器壁厚，d表示孔口直徑。2024/11/2358《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.10孔口管嘴出流液體出流的速度取決于孔口處的水頭H和孔口的大小。小孔口大孔口H表示水頭高度,d表示孔口直徑。自由出流:液體通過孔口直接流入大氣中。淹沒出流:液體通過孔口流入液體空間，如孔板流量計。2024/11/2359《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.10孔口管嘴出流一、薄壁小孔的定常出流流體從孔口流出后,形成流束最小的收縮斷面c-c。設其截面積為Ac,孔口的截面積為A。2024/11/2360《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.10孔口管嘴出流一、薄壁小孔的定常出流實驗結(jié)果表明,當孔口出流的Re較小時,三個系數(shù)和Re有關,當Re>105時,可以忽略Re的影響,上述系數(shù)主要和邊界條件有關。2024/11/2361《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.10孔口管嘴出流二、薄壁大孔的定常出流大孔口：或可以利用小孔出流的公式作近似處理。大孔出流流量系數(shù)較小孔大。孔板流量計常常用于熱能動力工程領域中水和蒸汽的流量測量。孔板的圓孔與管道同心,經(jīng)孔板的流動屬于薄壁大孔口的淹沒出流。流束的最小截面為c-c面?？装迩昂蟮膲簭姴顬棣=p1-p2。2024/11/2362《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.10孔口管嘴出流三、孔口的非定常出流例題:圓筒水箱D內(nèi)液面高H，底部有一小孔d流出液體。不計系數(shù)。求，液面高度h與t的關系。2024/11/2363《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.10水擊現(xiàn)象水擊——壓力管道中,由于流體速度突然發(fā)生變化而引起壓強突變的現(xiàn)象。后果——管道轟轟的振動聲；管道破裂。生物力學中的血液循環(huán)系統(tǒng)有時也會發(fā)生水擊現(xiàn)象,稱為重力性休克。假定是理想流體,管壁不變形。(1)t=0時,管道末端的A閥門突然關閉,該處的壓強升高了ph,稱為水擊壓強。靜水頭由H0變?yōu)镠0+ΔH。這種壓縮一層層向上游傳播,形成壓縮波,其傳播速度為c。2024/11/2364(2)t=l/c時,壓縮波至B點,整個管道內(nèi)流體靜止,壓強為p+ph,但B點上游壓強為p,流體在壓強差作用下向池內(nèi)倒流,使管內(nèi)流體的壓強降為p,被壓縮的流體得到膨脹,流體恢復到開始時的狀態(tài),膨脹波在管道內(nèi)向下游傳播,傳播速度為c?！豆こ塘黧w力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.10水擊現(xiàn)象(3)t=2l/c時,膨脹波至A點,A點壓強為p,由于慣性作用,向池內(nèi)倒流的流體繼續(xù)倒流,致使A點左側(cè)的流體壓強進一步降低,直到A點處流體壓強降低至p-ph時流體停止倒流。低壓使流體膨脹,膨脹波又以速度c從A點向B點傳播,所到之處倒流停止。2024/11/2365(4)t=3l/c時,膨脹波至B點,整個管道內(nèi)流體再次靜止,壓強為p-ph,由于B點左端流體壓強為p,在壓差作用下流體從B點開始以速度v再次流向管內(nèi),同時壓強上升到p,膨脹狀態(tài)的流體得到壓縮,壓縮波以速度c向A點傳播。當t=4l/c時,傳播到A點,整個管道內(nèi)的流體狀態(tài)又恢復到閥門關閉前的狀態(tài),完成一個循環(huán)。《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.10水擊現(xiàn)象理想情況:循環(huán)不止，振蕩無窮。2024/11/2366實際管道的情況流體有粘性,管道有彈性。當壓強較高時管徑會略變粗,壓強較低時管徑略變細。由于流體間的摩擦,管道會不斷變形而消耗能量,所以振蕩會很快衰減而停止。《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.10水擊現(xiàn)象2024/11/2367《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.10水擊現(xiàn)象舉例:若管道內(nèi)的流速為1m/s，壓縮波的傳播速度為1000m/s，當閥門突然關閉時產(chǎn)生的水擊壓強約為106Pa。式中:——流體介質(zhì)的彈性模量,Pad——管道直徑,ms——管道壁厚,m——水中的聲速,m/s——管材的彈性模量,Pa2024/11/2368水擊現(xiàn)象的揚長避短水擊壓強很大,會影響管道系統(tǒng)中流體的正常流動和水泵的正常工作,甚至會造成管道破裂。預防措施可以緩慢關閉閥門,必要時在管路上加裝安全閥等。任何事物都有兩面性,利用水擊現(xiàn)象可以制成水錘揚水機,進行提水灌溉。《工程流體力學》第六章管內(nèi)流動和水力計算§6.10水擊現(xiàn)象2024/11/2369利用流動中的水被突然制動時所產(chǎn)生的能量,使一部分水壓升到一定高度的一種泵。沿進水管向下流動的水流至單向閥A(靜重負載閥)沖力使閥迅速關閉。水流的動能即轉(zhuǎn)換成壓力能,將單向閥B沖開,一部分水進入空氣室中并沿出水管上升到一定的高度。此后,由于進水管中壓力降