Amesim模拟水锤现象

水锤现象：

在管路中，在某种外界原因（如阀门突然关闭、水泵机组突然停车）下使水的流速突然发生变化，水流的惯性会产生水流冲击波,就像被锤子敲打一样,所以叫水锤。

由于流体具有动量和一定程度的可压缩性，所以，流量的急剧变化将在管道内引起压强过高或过低的冲击，以及出现“空化”现象，从而破坏阀门和水泵。这种水力现象称为水击或水锤。

图1

Amesim建模：

我们可以在Amesim建立模型进行模拟，然后进行仿真计算。模拟该现象，我们只需要模拟管路和阀门，然后查看计算结果即可，建模如下：

图2

以上建模主要使用热液压库和信号库建模，都是十分基础的元件。为了方便查看管路每个位置的压力，管路部分用了CFD-1D元件，考虑了管路惯性特征。

参数设置：

• 入口压力恒定为 1.5barA（绝压，下同）

• 管路长度1m，直径25mm，划分20个节点

• 阀门直径 25mm，0-1s阀门开，1-2s阀门关，阀门全开到全关0.01s

• 仿真时间长度2s

计算结果：

计算结果如下图所示，播放速度1/100s：

• 横坐标是管路中位置，单位 m

• 纵坐标是管路每个位置的压力 单位barA

（水锤压力波传播非常快，受动图帧数限制，图中丢失了一些细节，仅展示趋势）

图3

结果分析：

1. 稳态流动状态下管路各位置压力如下图所示，可以看到入口压力1.5barA，出口压力1.2barA，压力稳定下降。

图4

 2. 选取出水口位置，查看压力随时间变化曲线。可见在1s位置阀门关闭后，压力波传出，压力迅速下降到0.5barA，低于大气压，随后压力迅速上升到2.25barA，高于入口压力，随后振荡稳定下来。低压会产生“空化”现象，高压会产生较大压力，无论低压或者高压都会对管路和设备产生损害。

图5

水锤消除和利用：

目前主要方法是安装水锤消除器，当压力超出限定值后打开阀门泄压。该特征也可以被利用，典型的如无动力水泵就是利用了水锤的特征，水锤效应产生的瞬间高压可以将水泵到更高的位置。

图6

结束语：

编写本文是看到群成员提到的一个问题，我之前了解不多，利用晚上睡觉前的一点时间，用Amesim做了一个简单模型，模型仅供大家参考，希望大家批评指正。

Amesim本身是十分强大的工具，只要用的好，应用场景是十分广泛的，同时欢迎大家学习我们制作的视频课程。

最后留个彩蛋：图3是用Amesim做出来的，大家可以猜猜怎么做的？