当t=3L/a时,水击波又回到水库处D点,由于管道压力比水库低ΔH,则D点压力不能维持平衡,因此水库的水又向阀方向流动,这时水库将阀门反射回来的降压波又反射为升压波,到t=4L/a时管道流速将由零变为V0。压力也由(H0—ΔH0)变为H0,管径、水密度等都恢复到初始状态。T=4L/a称为水击波的周期,每经一个周期,水击现象就重复一次上述过程。水击波在管中传播一个来回的时间tr=2L/a,称为相,两个相为一个周期T=2tr。

阀门突然开启时水击现象与上述情况相反,如果不存在水力摩擦阻力则上述水击过程将无休止地反复下去,但由于水力摩擦阻力的存在使水击过程不可能无休止地振荡下去,压力波也会因摩擦损失而逐渐衰减并在一定时段内逐渐消失。基于以上叙述,可以初步归纳出水电站管道水击的几个特点,即水击压力实际上是由于水流速度变化而产生的惯性力(当突然启闭阀门时,由于启闭时间短、流量变化快,因而水击压力往往较大,而且整个变化过程是较快的);由于管壁具有弹性以及水体的压缩性水击压力将以弹性波的形式沿管道传播;水击波同其他弹性波一样在传播过程中的外部条件发生变化处(即边界处)也要发生波的反射问题。其反射特性(是指反射波的数值及方向)决定于边界处的物理特性。

在水击的过程分析及计算中波速是一个重要的参数,它的大小与管壁材料、厚度、管径、管道的支承方式以及水的弹性模量等有关,根据水流的连续方程并考虑水体和管壁的弹性后可导出水击波的传播速度a(单位为m/s),即(www.daowen.com)

式中,K为水的体积弹性模量(一般为2.06×103MPa);E为管壁材料的纵向弹性模量(对钢衬E=2.06×105MPa,对铸铁E=0.98×105MPa,对混凝土E=2.06×104MPa);g为重力加速度;D为管道内径;δ为管壁厚度。为声波在水中的传播速度(其随水温度和压力的升高而加大,一般可取为1435m/s)。各个符号的单位同前。

在缺乏资料情况下,水电站露天钢管的水击波速可近似取1000m/S,埋藏式钢管可近似取1200m/s,钢筋混凝土管可近似取900～1200m/s。