水击water hammer 有压管道中，液体流速发生急剧变化所引起的压强大幅度波动的现象。管道系统中闸门急剧启闭，输水管水泵突然停机，水轮机启闭导水叶，室内卫生用具关闭水龙头，都会产生水击。

概述

理想水击波动过程

水击压强

计算方法

水击波的传播速度

防止水击危害的措施

概述

水击可导致管道系统的强烈震动，间接水击的计算需要知道流速随时间变化的关系，产生噪声和气穴。掌握水击压强的变化规律对输水管道的设计，对消减水击的破坏作用，有很大的实际意义。水击的基本问题是最大压强的计算，最大压强一般出现在发射波断面（如阀门处）。

理想水击波动过程

设想流速突然变化、波动过程无能量损失的水击模型，管道长为l,上游接水池，当下游阀门突然关闭时，靠近阀门的液体流速由 v减低至零，压强增大。这种减速增压的增压波以弹性波速 c上行传播，历时l/c到达上游末端,以压强恢复为原始压强的常压波向下行传播,经历同样的时间(l/c)回到阀门。此后再以压强低于原值的减压波上行传播，又以常压波下行回到阀门。完成整个水击周期,共需时间T=4l/c。以后将不断地重复上述波动过程。实际上阀门不是瞬时关闭，因此实际波动可以看作一系列微段时间阀门关闭所导致一系列微小上行波，及微小下行波之和。在波动过程中，粘性作用消耗能量，使波动幅值逐渐趋于消失。

水击压强

水击的基本问题是最大压强的计算，最大压强一般出现在发射波断面（如阀门处）。根据上述波动过程可以绘出理想水击时阀门处的压强随时间变化图。当t=2l/c时,压强突然降低，这是由于反射波回到阀门。实际水击过程仍然存在反射波改变阀门压强的作用。所以,当阀门关闭尚未到达2l/c的时间时，阀门处流速不断降低，压强不断增高。当阀门关闭时间超过2l/c时，由于反射波已回到阀门，使压强降低。故有直接水击和间接水击的不同计算方法。

计算方法

当阀门关闭时间ts≤2l/c，产生直接水击。直接水击的压强升,可取微段写能量方程导出下式： 式中Δv为流速降低值；ρ为液体密度。

当阀门关闭时间ts>2l/c为间接水击。间接水击的计算需要知道流速随时间变化的关系，可用2l/c时间内的最大流速减低值代入上述Δv求压强增量。

水击基本方程式 一般水击压强计算可采用下列方程组，结合起始条件和边界条件求积分。或在电子计算机上求解。

水击运动微分方程

和水击连续性微分方程 在不计摩阻并略去高阶微量之后

和

式中s为沿管长距离；θ为管轴倾角；d为管径；h为测管水头高度；λ为沿程阻力系数；ɡ为重力加速度。

水击波的传播速度

直接水击压强与水击波的传播速度成正比。考虑到水的压缩性和管壁的弹性变形，应用连续性方程可得水击波的传播速度为：公式中：C0为水中声波的传播速度，C0=1425m/s;

K为水的弹性模量；

E为管壁的弹性模量；

D为管道直径；

τ 为管壁厚度。

对于一般钢管，水击波传播速度的近似值为1000m/s.

防止水击危害的措施

水击压强是巨大的，这一巨大的压强可使管路发生很大的变形，甚至爆炸。为了预防水击的危害，可在管路上设置空气室，或安装具有安全阀性质的水击消除阀，如安全阀。 具体措施如下：

（1）适当加大管径，限制管道流速。一般在液压系统中把速度控制在4.5m/s以内，△P不超过5MPa就可以认为是安全的。

（2）正确设计阀口或设置制动装置，使运动部件制动时速度变化比较均匀。

（3）延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间，可采用换向时间可调的换向阀。

（4）尽量缩短管长，以减小压力冲击波的传播时间。

（5）在容易发生液压冲击的部位采用橡胶软管或设置蓄能器，以吸收冲击压力；也可以在这些部位安装安全阀，以限制压力升高。