有明显不完全断流空腔,表面为坡形,空腔集中于管顶,末端还有雾状汽化区,关阀速度较前者快些。出现完全断流空腔,露出管底,末端仍有一段雾化区,关阀速度更快。大气泡断流空腔位于管路拐点顶部,无可见的雾状汽化区。断流空腔将连续水柱截为两段,露出管底,关阀速度J5,初速J44H5时才出现。
这些断流形态受初始流速关阀速度及断流区位置和管路布置所控制。无论或处,都是关阀速度越快,初始速度越大,断流越强烈。断流空腔形状及其变化有压管路中水力瞬变产生的原因是管内流速的突然变化。电动调节阀截流作用产生的流速降低,引起压力的迅速下降,当压力降低至水的饱和蒸气压以下时,水柱开始冷沸,汽化,其断流形态则首先取决于液体下游还有多剩余流速或惯性水头,如果剩余流速余很大,就可出现完全断流区;余不很大则可能出现不完全断流。
余很小甚至接近零时,只能出现雾状汽化区雾状汽化,不完全断流雾状汽化,完全断流雾状汽化类型或根本无任何变化。其次,余的大小与从管路末端反射回来的升压波相关,即由管路长度等布置方式决定。在发生完全断流空腔和不完全断流空腔时,断流空腔与连续水流或泡沫流的交界处均具有与稳态流向相倾斜的自由表面。且在空腔发育形成阶段中,顺着原来稳态流向流动的水平水柱与空腔间的自由水表面一般由陡峻趋于平缓;在空腔缩小阶段的自由水表面则由平缓趋于陡峻;倾斜上升管路中水柱的自由表面一般趋于水平状见图。
以下将重点对断流空腔的波动问题进行阐述。明槽非恒定流概念与理论当连续水流发生断流时,空腔管段暂时被水蒸汽或空气所占有,重力和惯性力起主要作用,空腔下面的任何液体流动应用明槽非恒定流的概念来分析解释断流空腔的形状、波速以及有压管路非恒定流与明槽非恒定流的过渡与连接等问题.在单相流动中通常要求应力场和速度场必须连续,而在两相流动的界面上则允许其有有限的间断,使问题更加复杂。为简化计算,暂不考虑表面张力及界面应力的影响。
众所周知,当波动发生过程很迅速,在一定断面上水深和流量变化急剧,瞬时水面坡度很陡,甚至有阶梯式涌浪或消落的前缘,在波峰波前附近水力要素不再是位置和实践的连续函数,故称之为“非连续波”,也称为“断波”。研究表明:对于矩形明槽而言,不论是非恒定的渐变流连续波或是非恒定的急变流动断波,相对波速均与水深的,次成正比。
在圆形明槽中过水断面积,明槽中水面宽度不能简单地用水深代替,两者的相关关系见图说明。断流空腔空间的自由水面常由管底延展至管顶见图,所以圆形明槽中各瞬态水力要素的计算分为自由水面线高于和低于管轴线两种情况在。取半径8得到的圆明槽中诸瞬态水力要素计算结果。
对断流空腔自由表面形状的综合解析断流空腔自由表面的形状是由自由表面上不同水深处水质点在空间的瞬时位置决定的。在水管段中,水柱分离或拉断是由管顶依次向下开展的,而水柱弥和则是从管底逐次向上填补空腔的,当管顶剩余空腔*后突然弥和时,才产生急剧的压力升高。
为便于研究波形水面曲线的变化,假设在水平管段中,水柱沿竖直方向同时拉断分离开,如同活塞在缸内移动一样,暂不计明槽内的平均流速。波形的变化仅由表面上各水质点相对位置的变化决定的见图,可以看出,图正是圆断面管路上断流空腔处的纵剖面图,曲线既表示相对波速又表示时刻1时的波形,而且曲线上各点处的横坐标,即相对位移2;同理,曲线表示时刻1时瞬时水面曲线,曲线上各点处的横坐标,图圆明槽中断波相对波速随水深变化线。
结论瞬变过程中的断流总是首先出现在管首处,且大多存在雾状汽化区,中部断流不存在雾状汽化区。对“水柱分离与断流弥合水锤”的瞬变过程进行精确计算时,必须以明槽非恒定流和有压管路非恒定流水锤相结合的概念、理论为基础,运用特征线法求解,这对于工作水头不高,初速大的大口径管路更显得重要。