发生水击现象的物理原因主要是由于液体具有惯性和压缩性。从阀门突然关闭情况入手，分析一下水击压强的增值。如图8．1所示，当液体以流速v0在管中流动，其压强为p0，如突然完全关闭管道下游阀门，则阀门所在断面的流速突然降到零。按照动量定理，这一动量变化势必引起该处压强由p0变为p0＋Δp，这一压强增值Δp可由动量定理确定。

图8．1　阀门突然关闭

设管段为直管段，其过流断面面积为A，液体的密度为p0。当阀门突然关闭时，若将液体当作不可压缩的刚体，则全管道中的液流就会立刻同时停止。但实际上液体是可压缩的弹性体，因此，当阀门突然关闭后，首先停下来受到增压Δp的作用而被压缩的液体是紧接阀门处的一微小段Δs，随后才是它上游一段又一段的液体依次停止下来，逐个受到增压作用而被压缩。这样，就形成一种弹性波（此时是压缩波）以一定速度向上游传播。设在Δt时段内阀门处Δs段液体发生了动量的改变，则在不计阻力和不考虑管壁弹性影响等的情况下，对该段液体可以用动量方程求出此时的水击压强。

对于紧靠阀门处距波峰面长为Δs的受压液体薄层：

t＝0时，1—1断面，速度v→0，压强为p0＋Δp

t＝Δt时，2—2断面，速度v＝v0，压强为p0

列1—1，2—2段面的动量方程，即

p0A－（p0＋Δp）A＝ρAΔs（0－v0）／Δt

即(www.daowen.com)

式中，Δs／Δt为压力变化的传播速度，即压力波（弹性波）的传播速度，以c0表示，可定义为

由此可见，如果认为液体是不可压缩的刚体，则无论管长s多么长，整个管中的液流将在瞬间停下来，从而会导致波速c0趋于无穷大的错误结论。因此，在水击问题中，必须考虑液体的压缩性。而不考虑管壁弹性只考虑液体的可压缩性的水击波波速，就是将液体视为弹性介质的弹性波传播速度，也就是声波在液体中的传播速度。由物理学可知，水中声波速度c0＝1435m／s。

由式（8．1）及式（8．2）可得阀门突然关闭时的水击压强增值为

或用液柱高度表示为

例如，水流在钢管中的流速为1m／s，则阀门突然关闭时所产生的水击压强增值按上式计算Δh可达140m左右，这是一个很大的数值。因此，水击问题对于管道设计是非常重要的。