Теория гидравлического удара Н.Е. Жуковского

Гидравлический удар - резкое повышение давления в трубопроводе с движущейся жидкостью, возникающее при быстром перекрытии запорных устройств, которое распространяется по трубопроводу в виде упругой волны со скоростью а. Г. у. может вызвать разрыв стенок труб и повреждение арматуры трубопровода. Основы теории Г. у. дал H. E. Жуковский (1898).

Если жидкость плотности r течёт со скоростью v в трубопроводе с площадью сечения S, а задвижка в конце трубопровода закрывается за время , то возникает увеличение давления . В слое жидкости длиной , прилегающем к задвижке, теряется кол-во движения , равное импульсу внеш. сил ; отсюда

где - скорость распространения волны Г. у. (скорость упругих колебаний в стенках трубопровода и в массе жидкости). Согласно теории Жуковского:

где d- внутр. диам. трубы, - толщина стенок трубы, Ест и Еж - модули упругости материала стенок трубы и жидкости. Для стальных и чугунных труб а1000- 1350 м/с.

Образующееся при Г. у. повышение давления распространяется против течения жидкости и через время L/a (L - длина трубопровода) достигает резервуара. Здесь давление падает, и это падение давления передаётся обратно к запорному устройству с той же скоростью в виде отражённой волны (волна понижения). Циклы повышений и понижений давления чередуются через промежуток времени 2L/a, пока этот колебат. процесс не затухает из-за затрат энергии на трение и деформацию стенок.

Ф-ла (2) действительна лишь для случая, когда T3<2L/a, где T3 - время закрытия запорного устройства. При T3>2L/a отражённая волна придёт к запорному устройству раньше, чем задвижка закроется, и повышение давления в трубопроводе уменьшится. В этом случае . Для снижения величины Г. у. увеличивают T3 и уменьшают длину L трубы, присоединяя водяные колонны, пневматич. резервуары (воздушные колпаки), устанавливая предохранит. клапаны. На Г. у. основана работа гидравлич. тарана для подачи воды на большую высоту (до ~40 м).