水击(卷名：水利)
water hammer
封闭管道中的水或其他液体流速、压强随时间急剧变化并沿管传播的现象。属非恒定管流，又称水锤。水轮机、水泵等因事故急速停机时，便在管中产生水击。为了说明水击的机理，设长为L的管道从水库引水，水库水位不变。管道末端阀门A开着时，管中流速为v0，不计水头损失，压强p0沿管长不变（图a）。由于传播过程受边界条件制约，水击全过程可分为四个阶段。第一阶段自阀门 A突然关闭的瞬时开始。阀门A突然关闭，紧靠阀门的一小段水体受阻而立即停止，速度由v0变为零。液体动量的变化，伴随着压力的增加，表现为阀门处压强水头增加了ΔH。这一小段水体停止以后，上游紧挨着的另一小段水体也跟着停止，压强增加，水体压缩、管壁膨胀。如此一段段地向上游传播，这就是压力波，又称弹性波。其传播速度可由下式计算：
式中c0为水中音速，常温下约为1435m/s；E0和E分别为水及管壁的弹性模量；D为管径；δ为管壁厚度。对于一般钢管c≈1000m/s。压力波自A向B传播，在t＝L/c瞬时到达B端(图b)。此时B端管内压强水头高于水库，水便流向水库，压强立即降低ΔH，这便开始了第二阶段。其特征是压强下降恢复到p0，管壁恢复原状，水向水库流动。这个波从B向A传播，在t＝2L/c瞬时抵达A端（图c）。此时由于阀门完全关闭，紧挨阀门的水体因无水补充而必须停止流向B端，于是压强降低，水体膨胀，密度变小，管壁收缩，开始了第三阶段。这一减压波又从A传向B，在t＝3L/c瞬时到达B 端，此时全管处于低压状态（图d）。而在B端由于管中压强水头低于水库，水便以速度v0流入管道，压强回复为p0，从而开始第四阶段。这一增压波又传向A端，在t＝4L/c瞬时抵达阀门。此时全管流速为v0，压强为p0，与阀门突然关闭前一样（图e）。但因阀门仍然关着，相当于又一次突然关闭，于是便重复以上四个阶段，周而复始地进行下去。事实上，由于摩阻作用，压力波将逐渐衰减，以致最终消失。
非恒定管流涉及的自变量为时间t及距离s，未知函数为压强水头H＝H(s，t)和流速v＝v(s，t)。基本方程组为：
连续性方程
运动方程
式中 c为波速；λ为沿程水头损失系数；g为重力加速度。该方程组属一阶拟线性双曲型偏微分方程，一般情况下无解析解。常用水击的计算方法有解析法、图解法和特征线法等。水击可能导致管道系统强烈振动，并产生噪声和气穴，引起管道变形甚至爆裂，所以必须采取预防措施，例如，对于水电站主要措施是设置调压室，其他如缩短管长，延长阀门关闭时间等。
参考书目
E.B.怀利、V.L.斯特里特著，清华大学流体传动与控制教研室译:《瞬变流》，水利电力出版社，北京，1983。
E.B.Wylie and V.L.Streeter， Fluid Transients，McGraW-Hill，New York，1978.