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什么是水锤

发布时间2019-10-21人气:52


水锤(也称为水锤)是在任何泵系统中都会发生的压力波动,该泵系统的流量会发生突然变化,通常是由泵的启动和停止,阀门的打开和关闭或水柱的分离和关闭引起的。这些突然的变化会导致全部或部分流动水柱发生动量变化。这可能会产生冲击波,该冲击波会在创建它的屏障和辅助屏障之间来回传播。如果冲击波强度高,则可能对系统造成物理损坏。奇怪的是,它在低压应用中可能会引起更多关注。

水锤是能量守恒的又一个例子,它来自速度能到压力能的转化。由于液体的可压缩性低,因此产生的压力能往往较高。

泵系统示例图1.示例系统(由作者提供)

可视化此动作的最佳方法可能是从一个假设的示例开始。图1显示了在泵启动时将水泵入空的泵的泵。位于泵排出口和管道远端的两个阀完全打开,并具有瞬时关闭的能力。管道,阀门和其他配件完全无弹性,无论压力如何,都不会发生体积变化。流过管道的水柱还具有完美平坦的前缘,该前缘与管道的横截面内径(ID)匹配。当水柱的前缘到达下游阀门时,它以接近光速的速度关闭,并且没有空气滞留在水柱之前。

即使前缘撞击了关闭的阀门,在接下来的几毫秒内仍会继续流入管道。就像水流停止一样,上游阀门关闭(这次以真实的光速移动),并且水柱在两个阀门之间完全隔离。当色谱柱撞击关闭的下游阀门时,会发生什么事件?为什么即使阀门关闭,水仍继续进入管道?

如果此移动柱是金属柱而不是水柱(当然,从假设上来说),可能会发生两件事。根据其恢复系数(避免永久损坏的能力),当金属柱的前缘压在关闭的阀门上时,由流动(运动)引起的动能可以转化为机械能。如果发生这种情况,色谱柱将停下来并在阀门处保持静止。如果其恢复力足够高以防止压碎,则可以使用相同的动能以弹跳的形式反转其方向。不管结果如何,“整个”金属柱要么静止不动,要么反方向弹跳。当涉及水时,这些事件均不会发生。


水是几乎不可压缩的液体,这似乎表明它是可压缩的。在环境温度下,每平方英寸1磅(psi)会使体积减小约0.0000034%。这似乎很小,但是音量越大,越容易看到效果。例如,如果水不压缩,海平面将比当前水平面高约100英尺!在非常高的压力(例如40,000 psi)下,其可压缩性提高到大约10%。但是,大多数水不只是水,还包含空气,主要是氮气(78%)和氧气(21%)。溶解的空气约占给定体积未处理水的2%,并大大增加了其可压缩性。


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