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会计学
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输油管道的水击分析
输油管道的水击分析
当流场中液体质点的运动要素不仅随空间位置而变、而且随时间而变化时,这种流动称为非恒定流动。
有压管中的非恒定流动,称为有压非恒定流动。
水击(或称水锤)是有压管中的一种重要的非恒定流现象。
当流场中液体质点的运动要素不仅随空间位置而变、而且随时间而变化时,这种流动称为非恒定流动。
有压管中的非恒定流动,称为有压非恒定流动。
水击(或称水锤)是有压管中的一种重要的非恒定流现象。
这种压强的交替升降,有时会达到很大的数值,处理不当将导致管道系统发生强烈的振动,管道严重变形甚至爆裂。
水击物理概念
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输油管道的水击分析
水击波的传播及波速计算
水击是以压力波的形式在有限的管道边界内进行传播和反射的。水击波的传播分为四个阶段,从伐门突然开启或关闭,使水流流速改变产生水击波,这是水击的第一个阶段,也是直接波。水击波所到之处,管道内的流速和压强也随之发生变化。
当水击波传播到水库或水池或者回到伐门处,水击波将产生反射,这种反射的水击波称为间接波。
当水击波传播到水库或水池,水击波将发生反射,这种反射波是等值异号反射,即入射的是增压波,反射将减压波,反之亦然。水击波传播到阀门处将产生等值同号反射,即入射的是增(减)压波,反射的也是增(减)压波。由于摩擦阻力的作用,水击波在管道内的传播将逐渐衰减,最后达到平衡状态。
水击波在阀门和水库之间往返一次所需的时间 ,称为一个相长。往返两次的时间 称为一个周期。式中a为水击波的波速,L为管道的长度。
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输油管道的水击分析
阶段
时段
流速变化
流速方向
压强变化
水击波
传播方向
运动状态
液体状态
一
水库 阀门
即B A
增高
阀门 ---水库
即A ---B
减速增压
压缩
二
阀门 水库
即A B
恢复原状
水库--- 阀门
即B--- A
减速减压
恢复原状
三
阀门 水库
即A B
降低
阀门 ---水库
即A ---B
增速减压
膨胀
四
水库 阀门
即B A
恢复原状
水库--- 阀门
即B--- A
增速增压
恢复原状
水击的分类:
根据闸门关闭(或开启)的时间Ts与相长T的比值
直接水击:闸门关闭(或开启)的时间Ts<T(相长),即从水库反射的减(增)压波尚没有到达阀门处时,阀门已经关闭(开启)完毕,阀门处已达最大(小)水击压强。
间接水击:指闸门关闭(或开启)的时间Ts>T(相长),即从水库反射的减(增)压波已到达阀门处,阀门尚未关(开)完毕,使阀门处水击压强不能再升高(降低)到最大(小)。
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阀门突然关闭时有压管道中的水击的物理过程
V=0
V0=0
V=0
流速由V0→0,
压强增加△p,
管壁膨胀
流速由0 → -V0 ,
压强减小,恢复原状,
管壁恢复原状
流速由-V0→0,
压强降低△p,
管壁收缩
流速由0 →V0 ,
压强增加,恢复原状,
管壁恢复原状
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水击压强的计算(直接水击)
依动量定理可推得:
输油管道的水击分析
当阀门突然完全关闭时,V=0,则有
例如某压力引水钢管内水击波传播的速度a=1000m/s,设流速由6 m/s减少到零时,阀门突然关闭时的压强水头增量为
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输油管道的水击分析
根据质量守恒原理可推导出水击波的传播速度
K、ρ——液体的体积模量、密度
E、D、δ——管壁材料的弹性模量、管径、管壁厚度
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输油管道的水击分析
以苏南管道为模型,对压力波速度进行计算:
=1013.25(m/s)
此速度为充满汽油的406.4 7.1的管道中,压力波的理论速度。
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输油管道的水击分析
若关闭阀门所经历的总时间为Ts,则可将它分成n个时段△t1, △t2 ,…… △tn , Ts =∑△t1 ,
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输油管道的水击分析
工程设计中减小水击压强的措施:
在管壁材料强度允许的条件下,应当选用直径较大,管壁较薄的水管。
合理选择参数,并尽可能延长阀门调节时间,以避免产生直接水击。
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水击计算基本公式
液体流速瞬时变化所引起的初始水击压力(直接水击):
防止水击的措施
(1)输油管道水击的特点
1)对长距离输油管道的水击要考虑水击波传递过程中的阻尼现象。
2)中间泵站突然停输是长输管路中产生水击的主要原因,其对上游站和下游站的影响各不同,对上游站
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