水錘作用

水錘作用(Water Hammer),或稱水擊,意指水流於長管路中流動,此時若將管路下游之閥門快速關閉,水流之流動具有慣性之動量,因此水流之慣性動量持續往前推擠,造成管內壓力急速上升,造成管路受到破壞。

水錘作用(Water Hammer)簡稱水擊,指水流在長管路中流動,此時若將管路下游之閥門快速關閉,水流之流動具有慣性之動量,因此水流之慣性動量持續往前推擠,造成管內壓力急速上升,造成管路受到破壞。
水錘作用大小則視發電水路之流量與水頭落差(指管路兩頭落差),瞬間流量與水頭落差愈大,造成流速愈快,相對地水流的慣性動量愈大,產生水錘作用所造成之巨大壓力更是驚人,有可能造成設備之損害,因此通常會有泄壓裝備將管內壓力宣洩,減低管內水流造成沖衝擊波持續震盪。
水錘作用之發生並不僅在水流,流體(包括:氣體、液體及氣液混合體)之管路流動,均有可能產生水錘作用。

水錘作用過程

該產生之壓力以水中之音速往上游傳遞為壓力波,並逐漸停止水流,當壓力波傳抵管路上游出口,則壓力被釋放。此時,因管內之壓力大於上由出口外之壓力,導致管中水流開始往上游出口回流。當此回流抵閥門時,因閥門為關閉狀態,造成閥門處產生負壓波,水流又趨於靜止。該負壓波再度傳抵管路上游出口,造成水流再度往管路中流進。如此水流持續在管中震盪,因受管壁摩阻力之影響及管路上游水流進出之阻力影響,該水流震盪強度將逐漸縮小,直至水流完全停止。

不穩定流摩阻力

管壁與震盪水流之摩阻力( 不穩定流摩阻力 )是指:當穩定水流於管路中流動,其產生之摩阻力已被詳細研究。所以在水錘作用之管路亦常有人以近似穩定流摩阻力進行計算,但由研究發現該摩阻力遠遠大於近似穩定流之摩阻力,因此若以不穩定流摩阻力計算則更為準確。不穩定流之摩阻力不僅與當時管路中斷面之平均速度有關,且與其平均流速之變化歷史有關,越久遠前之流速對於目前之摩阻力影響則越小 。而目前對於不穩定流摩阻力之研究僅止於直管,對於彎管及分岐管等,則有待更近一步之研究。

液體管路之流體動力分析

當一複雜系統之流體管路,其管路系統之複雜連結及相關設施,將必須仰賴流體動力軟體程式進行分析,而該類軟體程式則必須考量快速波動之傳遞,而若要提高其分析之精確度則必須考量不穩定流摩阻力之作用。

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