浅谈给排水工程中的静水压和动水压

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  【摘 要】 静水压是静止水的压强,动水压是流动水的压强。用水柱高度为单位表示时二者均称为压强水头,水流速度转化的水压称为速度水头。对于渐变流,过水断面上动水压和静水压的分布规律相同,但沿流动方向上并不遵从静水压强分布规律。供水系统中有些点的动水压和静水压存在着非常大的差异,需要区分应对。空气动力学中的动压是指气流速度产生的压强,不可与动水压混同。
  【关键词】 动水压;静水压;空气动压
  1)问题的产生
  静水压和动水压在给排水工程中是两个非常重要的概念,在每个建筑供水工程中几乎都要面对。很多给排水工程设计和相关的产品国家标准中,都运用到了这些概念。在输配水管道的减压产品中,动压系数和能否减静水压更是成为区分减压产品性能的标志。
  然而,输配水管道动水压和静水压的概念目前存在着较广泛的误解,主要表现:a动水压是速度产生的压能,是伯努利方程中的动能相(v2/2g)
  b流动水体中伯努利方程中的压能项p/r是静水压,和液体静止时的静水压特性一致,没有区别。
  消除上述误解应该以水力学为基础进行讨论分析,因为水力学是专门以水的运动为研究对象的科学,并且是给排水的专业基础学科。
  2)静水压强概念
  在静止液体里,既不会有切应力,也不会产生拉应力,而只有压应力,质点间的互相作用或质点与边界之间的互相作用只能以压应力的形式来体现。因为这个压应力发生在静止状态的液体中,所以在水力学里把它叫做静水压力。静水压强具有下列特性:①它是个压应力,其方向与作用面的内法线方向一致②静止液体中的任意点上,各个方向的压强大小均相等,与其作用面的方位无关。
  3)动水压强概念
  在流动着的液体中,既可能有压应力,又有可能有切应力。这个压应力叫做动水压强。动水压强和静水压强都是压应力,而动水压强是在流动状态下发生的,静水压强是在静止状态下发生的,所以它们的特性是有区别的。
  4)伯努利方程中的各项能量
  对于流动的液体,两个过水断面上单位重量液体的总机械能,存在Z1+(P1/R)+(V1?/2g)=Z2+(P/R)+(V2?/2g)+Hw关系,三项之和是液体的总机械能。
  5)动水压强和静水压强的差别
  水流有均匀流、渐变流和急变流等流动状态。流动状态不同,其动水压强的分布规律也就不同。因而一般说,动水压强的分布规律与静水压强的分布规律是不相同的。只有在特殊情况下,比如一定边界条件下的均匀流和渐变流中,过水断面上的动水压强才符合静水压强的分布规律。
  6)动水压和静水压在工程中的应用
  当在供水管道上配置减压装置时,目的是使水流在减压装置下游产生一个压力突降,达到减小水流压力的目标。减压装置时常用的给水附件,含有两类,一类是减压孔板、比例式减压阀;另一类是既减动压又能减静压的减压阀。当输水管道采用减压装置时,其直接作用就是减小管道中的水压。无疑,经过减压之后首先需要关心和考量动水压值或水压减少量。与此同时该处的静水压也不能忽视。正是对动水压和静水压两个参数的考量,才使我们在每个具体工程中得以决策采用哪一类型减压装置和该类装置的那个型号。
  水泵直接串联向高处供水也是工程中存在的一种供水方式。得到较高的供水扬程实现用水需求是水泵串联供水的目的,需要的扬程目标值决定着水泵容量和串联级数的配置。在这种系统的配置中,虽然动水压被首先关注并比较均匀地分布到了每级的供水系统中,但静水压也必须加以考虑,即两个水压参数都需要考虑和应对。在水静止时,上游水泵和管道的静水压会显著增加,以致引发管道破坏的风险,因此必须采取防止静水压回串的可靠措施。
  终上所述,供水系统中有些点的动水压和静水压存在着非常大的差异,需要配置不同措施加以应对。动水压和静水压的概念区分在给排水工程中有着很现实的意义。
  7)结语
  给排水管网系统中水流動和静止的状态经常互相转换,有些点上的动水压值和静水压值存在非常明显的差异,这两个状态必须都要认真对待。
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