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什么是水錘

發布時間2019-10-21人氣:583


水錘(也稱為水錘)是在任何泵系統中都會發生的壓力波動,該泵系統的流量會發生突然變化,通常是由泵的啟動和停止,閥門的打開和關閉或水柱的分離和關閉引起的。這些突然的變化會導致全部或部分流動水柱發生動量變化。這可能會產生沖擊波,該沖擊波會在創建它的屏障和輔助屏障之間來回傳播。如果沖擊波強度高,則可能對系統造成物理損壞。奇怪的是,它在低壓應用中可能會引起更多關注。

水錘是能量守恒的又一個例子,它來自速度能到壓力能的轉化。由于液體的可壓縮性低,因此產生的壓力能往往較高。

泵系統示例圖1.示例系統(由作者提供)

可視化此動作的最佳方法可能是從一個假設的示例開始。圖1顯示了在泵啟動時將水泵入空的泵的泵。位于泵排出口和管道遠端的兩個閥完全打開,并具有瞬時關閉的能力。管道,閥門和其他配件完全無彈性,無論壓力如何,都不會發生體積變化。流過管道的水柱還具有完美平坦的前緣,該前緣與管道的橫截面內徑(ID)匹配。當水柱的前緣到達下游閥門時,它以接近光速的速度關閉,并且沒有空氣滯留在水柱之前。

即使前緣撞擊了關閉的閥門,在接下來的幾毫秒內仍會繼續流入管道。就像水流停止一樣,上游閥門關閉(這次以真實的光速移動),并且水柱在兩個閥門之間完全隔離。當色譜柱撞擊關閉的下游閥門時,會發生什么事件?為什么即使閥門關閉,水仍繼續進入管道?

如果此移動柱是金屬柱而不是水柱(當然,從假設上來說),可能會發生兩件事。根據其恢復系數(避免永久損壞的能力),當金屬柱的前緣壓在關閉的閥門上時,由流動(運動)引起的動能可以轉化為機械能。如果發生這種情況,色譜柱將停下來并在閥門處保持靜止。如果其恢復力足夠高以防止壓碎,則可以使用相同的動能以彈跳的形式反轉其方向。不管結果如何,“整個”金屬柱要么靜止不動,要么反方向彈跳。當涉及水時,這些事件均不會發生。


水是幾乎不可壓縮的液體,這似乎表明它是可壓縮的。在環境溫度下,每平方英寸1磅(psi)會使體積減小約0.0000034%。這似乎很小,但是音量越大,越容易看到效果。例如,如果水不壓縮,海平面將比當前水平面高約100英尺!在非常高的壓力(例如40,000 psi)下,其可壓縮性提高到大約10%。但是,大多數水不只是水,還包含空氣,主要是氮氣(78%)和氧氣(21%)。溶解的空氣約占給定體積未處理水的2%,并大大增加了其可壓縮性。


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