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【本周推薦】-流體管網水錘現象及計算

作者:太澤透平來源:太澤
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流體管網水錘現象及計算


一、現象

水錘是在彈性液體介質內因液體的壓力振動而引起的波動過程。在壓力供水系統中,急劇的流速變化導致系統中流體密度和壓力的劇烈變化,這種現象表現為水錘。

其產生條件是多方面的:

1. 閥門突然開啟;

2. 供水泵組突然啟閉;

3. 供水高差過大;

4. 供水泵組揚程過高;

其危害也是多方面的:

1. 管道振動強烈,管道接頭斷開;

2. 破壞閥門;

3. 管道爆管或癟塌,供水管網壓力降低;

4. 泵反轉,破壞泵房設備和管道;


水錘分類如下表1。

表1 分類

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二、理論部分


2.1 基礎理論

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1 流程簡述


沖量定理:單位時間內動量的改變等于所受的外力

以下為基本公式:

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2.2 水錘波速

Halliwell公式:

圖片 2   Halliwell公式

a 為水錘傳播速度; K為液體體積彈性模量;

ρ 為液體的密度; E 為管壁材料的彈性模量;

Ψ 為無量綱數,取決于管道特性,剛性管為0;


Parmakian公式:


圖片 3   Parmakian公式

a 為水錘傳播速度; K為液體體積彈性模量;

C1為管道約束系數,剛性管為0; ρ 為液體的密度;

E 為管壁材料的彈性模量; e為管壁厚度;D 為管壁內徑;


2.3 基本微分方程


基本假設:

1. 一元流,且在整個管道橫斷面上流速是均勻分布的。

2. 恒定流的阻力損失適用于瞬變流計算。

3. 管壁材料和液體都是線彈性的。

圖片 4   控制體


特征線法方程求解:

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5   特征方程


圖片 6   特征線


圖片 7   公式求解流程


ΔH的大小僅與cΔv有關,而與開度變化規律及管道長度無關。相對而言,直接水錘產生的水錘升壓很大,應絕對避免。


三、水錘預防

3.1 設計

1. 管線避免急劇的線路變化;

2. 降低流速;

   3.2 后期預防

1. 泵變頻調節;

2. 緩閉止回閥;

3. 穩壓設備;

4. 旁通;

5. 多級止回閥;




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