Oblicz prędkość fali i wzrost ciśnienia.
Uderzenie hydrauliczne to skok ciśnienia powstający podczas nagłego zatrzymania lub zmiany kierunku przepływu cieczy — na przykład przy szybkim zamknięciu zaworu. Kalkulator rozwiązuje równanie Joukowsky'ego dla chwilowego wzrostu ciśnienia z gęstości cieczy, prędkości fali ciśnienia i zmiany prędkości przepływu, a następnie szacuje margines klasy ciśnieniowej rury i zaleca docelowe czasy zamknięcia, aby skok ciśnienia nie przekroczył ciśnienia projektowego.
Równanie Joukowsky'ego: ΔP = ρ × a × ΔV, gdzie ρ to gęstość cieczy, a to prędkość fali ciśnienia (celerność), a ΔV to zmiana średniej prędkości przepływu. Prędkość fali: a = √(K / ρ) / √(1 + (K/E) × (D/t)), gdzie K to moduł ściśliwości cieczy, E to moduł Younga materiału ścianki rury, D to średnica, a t to grubość ścianki — rury bardziej elastyczne (niższy E) dają niższe a i mniejszy skok. Dla wody w sztywnej rurze stalowej a ≈ 1300 m/s; w elastycznej rurze PE a ≈ 250–400 m/s. Aby skok ciśnienia mieścił się w klasie ciśnieniowej, czas zamknięcia zaworu powinien wynosić T > 2L/a (okres jednego pełnego odbicia fali), co rozkłada opóźnienie na całą długość rurociągu.
Inżynier zakładu obliczający uderzenie po zatrzymaniu pompy 500 l/min na rurociągu 1,2 km wyznacza ΔV = 2,1 m/s, ΔP = 26 bar — przekraczające klasę ciśnieniową rury — i dodaje zbiornik powietrzny tłumiący falę uderzeniową.
Projektant dobierając zawór na wodę chłodzącą DN200 wybiera siłownik elektryczny z czasem zamknięcia 5 s zamiast pierwotnego elektrozaworu 0,5 s, zmniejszając uderzenie z 18 bar do 3 bar i unikając konieczności zmiany klasy ciśnieniowej rury.
Technik instalacji budynkowych badający hałasujące rury przy zamknięciu pralki montuje tłumik uderzenia hydraulicznego dobrany kalkulatorem na podstawie wymaganej objętości gazu i klasy ciśnieniowej przewodu.
Każde zamknięcie szybsze niż T_c = 2L/a (długość przewodu × 2 / prędkość fali) wywołuje pełne uderzenie Joukowsky'ego. Wolniejsze zamknięcie rozkłada opóźnienie i redukuje szczytowe ciśnienie proporcjonalnie.
Dłuższe przewody magazynują więcej energii kinetycznej. Sam wzrost ciśnienia Joukowsky'ego nie zależy od długości przewodu, ale czas trwania impulsu wysokociśnieniowego zależy (= 2L/a) — dlatego zmęczenie materiału i hałas narastają z długością.
Tak — uwięzione powietrze ściska się i odbija, tworząc zjawisko separacji kolumny cieczy ze skokami ciśnienia znacznie przekraczającymi przewidywania Joukowsky'ego. Zawsze odpowietrz wysokie punkty i stosuj zawory antyskażeniowe na długich odcinkach opadających.