Гидравлический удар в трубопроводе

На рис. 12.2 показано, как развивается явление гидравлического удара на участке трубопровода с диаметром мм и протяженностью км при мгновенном закрытии задвижки на правом конце участка. Жидкость c плотностью кг/м³ и вязкостью сСт имела начальную скорость м/c, а скорость распространения волны гидравлического удара составляет 870 м/c.

На рис. 12.2а и 12.2б представлены распределения напора ( ) через 2 и 40 с, соответственно, после момента закрытия задвижки. Здесь - высотная отметка сечений трубопровода. Начальная величина скачка давления (амплитуда скачка) на фронте волны связана с начальной скоростью течения формулой МПа или атм.

На рис. 12.2в и 12.2г показаны последовательные стадии распространения волны давления вверх по течению.

а.

б.

Рис. 12.2 а,б. Распространение волны давления:

а – через 2 с; б - через 40 с после возникновения

в.

г.

Рис. 12.2 в,г. Распространение волны давления:

а – через 80 с; б- через 100 с после возникновения

Скорость течения жидкости за фронтом волны давления мала, поэтому малы также и потери напора в этой области, поэтому напор, а, следовательно, и давление перед задвижкой постоянно увеличиваются. Можно приближенно считать, что напор в конце участка трубопровода, т.е. перед задвижкой, приближенно равен напору за фронтом волны давления, т.е.

.

Здесь высотная отметка конца участка; напор в сечении трубопровода, которого достиг фронт волны давления. Отсюда следует, что для оценки величины давление перед задвижкой можно использовать формулу

или

,

где гидравлический уклон течения в невозмущенной области, а время, прошедшее с момента закрытия задвижки.

Следует также заметить, что из-за сил вязкого трения жидкость за фронтом волны останавливается не мгновенно, а постепенно, поэтому амплитуда скачка давления монотонно уменьшается.