水击计算
管道的水击分析与计算
管道的水击分析与计算学生姓名：某某专业：过程装备与控制工程班级：过控0704指导教师：某某2010年10月10日目录摘要 (3)关键词 (3)Ⅰ水击的产生 (3)Ⅱ水击保护方法 (3)一.增强保护 (3)二.超前保护 (3)三.泄放保护 (3)Ⅲ管道的水击分析 (4)一.水击对输油管道造成的主要危害 (4)二.管道分析的目的 (4)三.管道分析所需要的基本数 (4)四.管道分析取得的成 (4)Ⅳ水击控制及保护设施 (5)一.泄压阀 (5)二.调节阀 (6)Ⅴ水击计算 (7)一.水击波的压力增加 (7)二.水击波的传输速度和水击压强 (7)Ⅵ防止水击的措施 (9)一.增加防止水击设备 (9)二.建立安全操作体系 (10)Ⅶ结语 (10)参考文献 (11)管道的水击分析与计算摘要：输油管道的密闭流程使管道全线成为一个水力系统，管道沿线的某一点流动参数变化会在管内产生瞬变压力脉动。
该压力脉动从扰动点沿管道上下游传播，引起管道的瞬变流动进而引起的压力波动称为水击。
它引起管内压强上升，轻则噪音与振动，重则超过管内原有正常压强的几十倍甚至上百倍，以致超过了管壁材料的允许应力，造成管道和管件的变形甚至破裂。
因此，了解水击现象的发生、发展过程和计算，对削弱水击所产生的危害是十分必要的。
现代大型计算机的广泛应用，对输油管道的水击分析利用专门编制的程序进行，使得在防护方面取得了理想的经济和社会效益。
关键词：水击；水击防护；瞬变流动；防护系统；水击计算Ⅰ水击的产生管道中液体的运动状态突然改变的情况下发生（如阀门的突然关闭或突然开启，水泵的突然启动或停止，水轮机或液压油缸突然变化负载等）。
由于流速突然发生迅速变化，结果由于流体惯性，必然引起管内压强的剧烈波动，即压强的突然上升与突然下降，并在整个管长范围内传播。
压强突变使管壁产生振动，并伴有似锤之声，故将这种现象称为管内水击现象。
现代输油管道的密闭输油流程使管道全线成为一个水力系统，管道沿线某一点的流动参数变化会在管内产生瞬变压力脉动。
有压管道水击计算实例
从运动方程、连续性方程或者能量方程、状态方程和其他物
理特性关系式着手，以这些基本方程为基础，加上不同的限制性
假设，可得到不同的水击分析方法，例如算术法、分析法、图解
法、有限单元法、特征线法。
本文应用特征线法完成各管道系统的水击分析。特征线法
是将水击控制方程（两个准线性双曲型偏微分方程）转化为两个
全微分方程组， 然后利用有限差分方程和管路系统边界条件电
计算得水击相为 １５．７８ｓ。 4. 计算结果 ４．１ 末端阀门关闭时间为 ６ｓ 的水击计算
《河南水利与南水北调》2 0 1 2 年 第 1 4 期
图 1 典型断面水压沿时间变化图
图 3 关阀时间—— —最大水头相关曲线图 ４．４ 管材公称压力的确定 根据管道水力计算和水击分析成果，金属管道（钢管）的管 道公称压力为最大使用压力 ＋０．２￣０．４ＭＰａ，且≥０．９ＭＰａ，确定不 同管材分段公称压力见下表。
1. 引言
当有压管道中的阀门迅速调节流量，管道内流速相应地急
速变化，致使管道内水流压强也相应地急剧升高或降低，并在
管道内传播，将产生水击，为此需进行管道水击计算，依据计
算结果综合选定管材压力等级，并为运行管理中控制装置的
调节提供依据。本文依据文献用特征线法探讨一般情况下的
水击计算。
2. 工程概况
南疆某管道输水工程采用 ＤＮ８００ 钢管，为重力流有压管道
分别计算关阀时间为 ６ｓ、３０ｓ、６０ｓ、１２０ｓ、１８０ｓ、２４０ｓ 等 ６ 种工
况，绘制管道最大内水压力与关阀时间的关系曲线图，见图 ３。
Байду номын сангаас
在关阀时间小于等于 ６０ｓ 时，延长关阀时间可以有效地降
低水击压力；关阀时间介于 ６０￣２４０ｓ 时，延长关阀时间对降低水
水击压力的计算和防护
（2）由于水击压力与管内流速成正比，因此在设计中应控制管内流速不超过最大 流速限制范围。但有时管道中的流量是一定的，管径一般由动能经济计算确定，减小流 速意味着加大管径。用减小流速的办法降低水击压强，往往是不经济的，一般并不采用。 但在一定的条件下，例如适当的加大管径可以免设调压井时，采用这一措施可能是合理 的。
e——管壁壁厚，单位为 m;
α——K 与 E 的比值，钢筋砼管道 α=0.10。
（2）水击类型判别
由计算管段长度和水击波速可计算出水击波在管路中往返一次所需的时间，即水击相 时；然后根据阀门关闭历时与水击相时确定水击类型，即直接水击或间接水击。当阀门 关闭历时等于或小于一个水击相时，瞬时关闭阀门所产生的水击为直接水击，否则为间 接水击。水击相时公式如下：
2 管道水击计算
管道水击计算时，管道的计算长度就是从阀门开始到上游离它最近的安全阀（调压 井）之间的距离，阀门的关闭时间按按照操作规程确定。
（1）水击波传播速度
式中：C——均质圆形管水击传播速度，单位为 m/s;
K——水的体积弹性模数，单位为 KN/m2;
D——管道管径，单位为 m;
E——管材纵向弹性模数，单位为 KN/m2;
Tt
=
2L C
式中： Tt—— 水击相时，单位为 s;
L—— 计算管段长，单位为 m;
C—— 水击波速，单位为 m/s. （3）水击水头 直接水击水头(Tg≤Tt)
间接水击水头(Tg>Tt)
Hd
=
2LV0 gTt
Hi = 2LV0 g(Tt + Tg )
式中：Hd——直接水击水头，单位为 m;
Hi——间接水击水头，单位为 m;
降波也以 a 向右传播，波面所到之处，此处的流体由静止开始倒流，当
管道的水击分析与计算
管道的水击分析与计算学生姓名：某某专业：过程装备与控制工程班级：过控0704指导教师：某某2010年10月10日目录摘要 (3)关键词 (3)Ⅰ水击的产生 (3)Ⅱ水击保护方法 (3)一.增强保护 (3)二.超前保护 (3)三.泄放保护 (3)Ⅲ管道的水击分析 (4)一.水击对输油管道造成的主要危害 (4)二.管道分析的目的 (4)三.管道分析所需要的基本数 (4)四.管道分析取得的成 (4)Ⅳ水击控制及保护设施 (5)一.泄压阀 (5)二.调节阀 (6)Ⅴ水击计算 (7)一.水击波的压力增加 (7)二.水击波的传输速度和水击压强 (7)Ⅵ防止水击的措施 (9)一.增加防止水击设备 (9)二.建立安全操作体系 (10)Ⅶ结语 (10)参考文献 (11)管道的水击分析与计算摘要：输油管道的密闭流程使管道全线成为一个水力系统，管道沿线的某一点流动参数变化会在管内产生瞬变压力脉动。
该压力脉动从扰动点沿管道上下游传播，引起管道的瞬变流动进而引起的压力波动称为水击。
它引起管内压强上升，轻则噪音与振动，重则超过管内原有正常压强的几十倍甚至上百倍，以致超过了管壁材料的允许应力，造成管道和管件的变形甚至破裂。
因此，了解水击现象的发生、发展过程和计算，对削弱水击所产生的危害是十分必要的。
现代大型计算机的广泛应用，对输油管道的水击分析利用专门编制的程序进行，使得在防护方面取得了理想的经济和社会效益。
关键词：水击；水击防护；瞬变流动；防护系统；水击计算Ⅰ水击的产生管道中液体的运动状态突然改变的情况下发生（如阀门的突然关闭或突然开启，水泵的突然启动或停止，水轮机或液压油缸突然变化负载等）。
由于流速突然发生迅速变化，结果由于流体惯性，必然引起管内压强的剧烈波动，即压强的突然上升与突然下降，并在整个管长范围内传播。
压强突变使管壁产生振动，并伴有似锤之声，故将这种现象称为管内水击现象。
现代输油管道的密闭输油流程使管道全线成为一个水力系统，管道沿线某一点的流动参数变化会在管内产生瞬变压力脉动。
水电站的水击及调节保证计算
第四章水电站的水击及调节保证计算本章重点内容：水电站有压引水系统非恒定流现象和调节保证计算的任务、单管水击简化计算、复杂管路的水击解析计算及适用条件、机组转速变化的计算方法和改善调节保证的措施。
第一节概述一、水电站的不稳定工况由于负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化，称为水电站的不稳定工况。
其主要表现为：(1) 引起机组转速的较大变化丢弃负荷：剩余能量→机组转动部分动能→机组转速升高增加负荷：与丢弃负荷相反。
(2) 在有压引水管道中发生“水击”现象管道末端关闭→管道末端流量急剧变化→管道中流速和压力随之变化→“水击”。
导时关闭时，在压力管道和蜗壳中将引起压力上升，尾水管中则造成压力下降。
导叶开启时则相反，将在压力管道和蜗壳内引起压力下降，而在尾水管中则引起压力上升。
(3) 在无压引水系统(渠道、压力前池)中产生水位波动现象。
二、调节保证计算的任务(一) 水击的危害(1) 压强升高过大→水管强度不够而破裂；(2) 尾水管中负压过大→尾水管汽蚀，水轮机运行时产生振动；(3) 压强波动→机组运行稳定性和供电质量下降。
(二) 调节保证计算水击和机组转速变化的计算，一般称为调节保证计算。
1．调节保证计算的任务：(1) 计算有压引水系统的最大和最小内水压力。
最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据；最小内水压力作为压力管道线路布置，防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据；(2) 计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率，并检验其是否在允许的范围内。
(3) 选择调速器合理的调节时间和调节规律，保证压力和转速变化不超过规定的允许值。
(4) 研究减小水击压强及机组转速变化的措施。
2．调节保证计算的目的正确合理地解决导叶启闭时间、水击压力和机组转速上升值三者之间的关系，最后选择适当的导叶启闭时间和方式，使水击压力和转速上升值均在经济合理的允许范围内。
第二节水击现象及其传播速度1、一、水击现象1．定义在水电站运行过程中，为了适应负荷变化或由于事故原因，而突然启闭水轮机导叶时，由于水流具有较大的惯性，进入水轮机的流量迅速改变，流速的突然变化使压力水管、蜗壳及尾水管中的压力随之变化，这种变化是交替升降的一种波动，如同锤击作用于管壁，有时还伴随轰轰的响声和振动，这种现象称为水击。
最大水击压强计算公式
最大水击压强计算公式水击压强是个挺有趣但也有点复杂的概念，咱们今天就来好好聊聊最大水击压强的计算公式。
先来说说啥是水击。
想象一下，你正在家里开心地用水管浇水，突然一下子把水龙头关掉，这时候水管里的水可不会立刻乖乖停下来，而是会产生一种冲击力，就像小脾气爆发一样，这就是水击现象。
那最大水击压强到底咋算呢？这就不得不提到一个公式啦：Δp =ρcv 。
这里面的Δp 就是咱们要找的最大水击压强，ρ是水的密度，c 是水击波的传播速度，v 是管内水流原来的速度。
就拿咱们生活中的例子来说吧。
有一次我去朋友家的果园帮忙浇水，他们用的是那种长长的塑料水管。
朋友着急去接电话，一下子就把水龙头给关死了。
结果，只听“砰”的一声，水管接头那里爆开了，水喷得到处都是。
后来我仔细琢磨了一下，这不就是水击闹的嘛！要是能提前算好最大水击压强，选个更结实的水管和合适的开关方式，也许就不会出现这尴尬的情况啦。
再深入讲讲这个公式里的各个元素。
水的密度ρ一般是个常数，大家都比较熟悉。
而水击波的传播速度 c 呢，它和管道的材料、直径、壁厚这些因素都有关系。
比如说，钢管和塑料管的 c 值就不太一样。
管内水流原来的速度 v 也很关键。
水流速度越快，产生的水击压强往往就越大。
这就好比开车，速度越快，急刹车的时候惯性带来的冲击力就越大。
在实际的工程应用中，比如在大型的输水管道系统或者化工厂的管道里，计算最大水击压强那可是非常重要的。
算错了，可能就会导致管道破裂、设备损坏，造成严重的经济损失和安全隐患。
所以啊，搞清楚这个最大水击压强的计算公式，真的能帮我们解决不少实际问题。
无论是在日常生活中，还是在专业的工程领域，都不能小瞧它的作用。
总之，最大水击压强的计算公式虽然看起来简单，但是背后的原理和应用可一点都不简单。
咱们可得好好研究，别让水击这个“小调皮”给咱们惹出大麻烦！。
水击相长计算式
水击相长计算式
水击相长是指水流相互碰撞、相互冲击时，能够形成冲击波的现象。
在物理学中，水击相长可以用以下计算式来表达：
当两个水流相向而行，相对速度为v，单位时间内发生碰撞的次数为n，则两个水流的冲击波强度I可以由以下公式计算：
I = n * m * v
其中，m为每个碰撞事件中涉及的质量，单位为千克。
这个公式表示了水击相长的原理：当水流发生碰撞时，每个碰撞事件都会产生一个冲击波，而冲击波的强度与碰撞频率和相对速度成正比。
值得注意的是，水击相长的计算式中涉及到的质量和速度都是相对的，即相对于某一固定参考系。
此外，该计算式仅用于描述理想条件下的水击相长现象，实际情况可能受到各种因素的影响，如水流的湍流、水的粘性等。
水击与调压室计算与演示
水击与调压室计算与演示1、调压室简介为了减小水锤压力，常在有压引水隧洞（或水管）与压力管道衔接处建造调压室，如图1所示。
调压室利用扩大的断面和自由水面反射水锤波，将有压引水系统分成两段：上游段为有压引水隧洞，调压室使隧洞基本避免了水锤压力的影响；下游段为压力管道，由于长度缩短可，从而降低了压力管道中的水锤值，改善了机组的运行条件。
图1 水电站调压室调压室的功用有以下几点：（1）、反射水锤波。
基本上避免（或减小）压力管带中的水锤波进入有压引水道。
（2）、缩短压力管道的长度。
从而减小压力管道及厂房过流部分中的水锤压力。
（3）、改善机组在负荷变化时的运行条件及系统供电质量。
调压室的工作原理是：增大的水面反射水锤波，引水道中水体动能和势能相互转换。
2、水击与调压室计算程序演示2.1 甩负荷工况当水电站丢弃全部负荷时，水轮机的流量由Q0变为零，压力管道中发生水锤现象。
此时，上游调压室水位先上升，下游调压室水位先下降。
引（尾）水道中水流在惯性作用下继续流动，从而引起调压室水位上升（下降），当水位达到极值后，由于调压室和水库的水位差作用，水流开始倒流。
如此往复流动，实现动能和势能的转换，并在阻力消耗下衰减。
用程序演示：起始开度设置为0.8，终了开度为0。
计算过程如下（原始数据见图2，计算结果见图3。
）图2 甩负荷工况参数输入图3 甩负荷工况计算结果和过程线2.2 增负荷工况当水电站增加负荷时，水轮机引用流量加大，压力管道中也出现水锤现象。
此时，上游调压室水位先下降，下游调压室水位先上升。
机组首先开始增大引用流量，水流流出（入）上游（下游）调压室，调压室水位变化，当调压室和水库的水位差达到极值后，水位差的作用使水流开始倒流。
如此往复流动，实现动能和势能的转换，并在阻力作用下快速衰减。
用程序演示：设置起始开度为0.9，终了开度为0。
计算过程如下（原始数据见图4，计算结果见图5。
）图4 增负荷工况参数输入。
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水击计算
当发生水击现象时，根据流体力学原理，压力管道中任一点的流速和压力不仅与该点的位置有关，而且与时间有关，这一不稳定状态将持续过渡到下一个稳定状态。
设在水平管内取出一段流体，在时间段△t 内，水击波从流体的一边传递到另一边。
水击波传播速度为a ，所以流体长度为△L= a △t 。
设原有的流速为V 0，水击波通过后的流速为V 0 –△V ，流速变化值为△V 。
压强也从原有的γH 增大到
γ(H+△H)，同时流体密度和管道断面都有相应的变化。
根据冲量变化应等于动量变化的原理，即
△ p △t = m △V
[(γ+△γ)( H+△H)( A+△A)－γHA] △t
=
()g γγ∆+( A+△A) △L △V 忽略二阶微量，并且t L ∆∆ = a ，得： △H + H A A ∆ = g
a △V 再忽略管道断面的变化，得出水击压头的增值为：
△H = g a
△V = g a
(V 0 –V)
式中：△H —— 水击压头 ，m ；
a —— 水击波速 ，m/s ；
V 0 —— 起始流速 ，0.91m/s ；
V —— 终了流速 ，0m/s ；
A —— 管内截面积，m 2 ；
γ —— 流体的容重，kg/m 2. S 2；
g —— 重力加速度 ，9.81m/s 2。
再根据连续方程，求得水击波速为：
a = Ee
KD K +1ρ 式中： a —— 水击波速 ，m/s ；
K —— 介质的体积弹性模量，1242MPa ；
ρ —— 介质密度 ，856kg/m 3 ；
D —— 管道内径 ， 0.208m ；
e —— 管壁厚度 ，0.0052m ； E —— 管材的弹性模量，2.5×105MPa 。
a 约为 1100m/s 。
水击压头： △H = g a
(V 0 –V) =81
.91100× 0.91 = 102 m。