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    水錘作用

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    液壓沖擊(口語:water hammer; fluid hammer)是運動中的流體(通常是液體,但有時也是氣體)被迫停止或突然改變方向時引起的壓力波動或波動; 動量變化。 這種現象通常發生在管道系統末端的閥門突然關閉時,壓力波在管道中傳播。

    這種壓力波會導致重大問題,從噪音和振動到管道破裂或坍塌。 可以通過蓄能器、膨脹罐、穩壓罐、排放閥和其他功能來減少水錘脈沖的影響。 可以通過確保沒有閥門在流量大的情況下關閉得太快來避免這種影響,但是有很多情況會導致這種影響。

    可以使用朱可夫斯基(Joukowsky)方程進行粗略計算,或者使用特征法進行更準確的計算。

    歷史

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    公元前 1 世紀,Marcus Vitruvius Pollio 描述了水錘在羅馬公共供水系統的鉛管和石管中的作用。 水錘作用在它出現之前就被利用了。

    公元 1238 年由格拉納達的蘇丹伊本·艾哈邁爾 (Nasrid Sultan Ibn al-Ahmar) 建造的阿爾罕布拉宮使用水壩來提水。 通過xxx個水庫,水庫被達羅河的一條河道填滿,水通過一個大的垂直通道排入下面的第二個水庫,形成一個漩渦,反過來推動水通過一個小得多的管道上升 6 米,同時大部分水排入第二個水庫 ,稍大的管道。

    1772 年,英國人約翰·懷特赫斯特 (John Whitehurst) 為英格蘭柴郡的一戶人家建造了液壓油缸。 1796 年,法國發明家 Joseph Michel Montgolfier(1740-1810 年)為他在 Voiron 的造紙廠建造了液壓油缸。 在法語和意大利語中,水錘的術語來自液壓油缸:coup de bélier(法語)和 colpo d'ariete(意大利語)均表示水錘的沖擊。 隨著 19 世紀見證了市政供水系統的安裝,水錘成為土木工程師關注的問題。 水錘作用也引起了研究循環系統的生理學家的興趣。

    盡管它在 Thomas Young 的著作中有所預示,但人們普遍認為水錘理論始于 1883 年德國生理學家 Johannes von Kries(1853-1928 年)的工作,當時他正在研究血管中的脈搏。 然而,土木工程師沒有注意到他的發現。 Kries 的發現隨后在 1898 年由俄羅斯流體動力學家 Nikolay Yegorovich Zhukovsky(1847-1921)、1898 年由美國土木工程師 Joseph Palmer Frizell(1832-1910)和 1902 年由意大利工程師 Lorenzo Allievi 獨立推導出來 (1856-1941)。

    因果關系

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    流過管道的水具有動量。 如果流動的水突然停止——例如關閉流動水下游的閥門,壓力會突然升高并產生沖擊波。 在家用管道系統中,這種沖擊波表現為類似錘擊聲的巨大撞擊聲。 如果壓力足夠高,水錘作用會導致管道破裂。 空氣收集器或立管(頂部開口)有時會作為阻尼器添加到供水系統中,以吸收流動水造成的潛在破壞力。

    例如,如果路徑中的閥門關閉得太快,沿著隧道或管道流向水力發電渦輪機的水可能會突然減慢。 如果有 14 公里(8.7 英里)、直徑 7.7 米(25 英尺)的隧道充滿水,水流速度為 3.75 米/秒(8.4 英里/小時),則代表大約 8,000 兆焦耳(2,200 千瓦時)的動能。 這種能量可以通過頂部開口的垂直調壓井消散,水流入該調壓井。 當水沿豎井上升時,其動能被轉化為勢能,從而避免了突然的高壓。 在一些水力發電 (HEP) 站,例如密歇根州的薩克森瀑布水力發電廠,看起來像水塔的是一個調壓鼓。

    在住宅管道系統中,當洗碗機洗衣機馬桶突然關閉水流時,可能會發生水錘現象。 結果可能會聽到一聲巨響、重復的撞擊聲(因為沖擊波在管道系統中來回傳播),或者有些顫抖。

    水錘作用

    水錘的其他潛在原因:

    • 泵停止
    • 一種止回閥,由于失去動力(例如泵停止)時管道中的流動反向而快速關閉(即,止回閥猛擊)。 非緊急止回閥可用于減少壓力波動。
    • 填充具有限制的空管,例如部分打開的閥門或孔口,當管道快速填充時允許空氣輕松通過,但一旦充滿后壓力增加,水會遇到限制。

    相關現象

    當一些蒸汽在管道的水平部分凝結成水時,蒸汽系統中可能會發生蒸汽錘

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    1. 水錘作用
    2. 歷史
    3. 因果關系
    4. 相關現象

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