水锤是有压管道中由于液体流速关闭阀门过快或突然断电等原因变化引起的管道中压力急剧变化或波动往复震荡的现象，导致水流像锤子一样撞击管道的现象，所以叫水锤，水流冲击力有时会很大，从而破坏管道、阀门或水泵。泵站常会发生的停泵水锤是指在断电或设备故障等原因造成的开阀停车时，在水泵和压力管道中出现的水力冲击和压力震荡。在工程中，如果泵站长距离管线设计不当，极易发生水锤，从而并击毁管道及设备。另外，在高层建筑、建环、化工工程中也常有长距离液体输送过程，也需防止发生水锤的发生。

水锤现象发生时间极短，具有破坏性和危险性，不适宜现场实验和教学。本项目以《水力学》课程中水锤知识点为基础，建立虚拟实验环境，使学生掌握水锤原理、泵站设计及水锤计算过程，培养学生解决复杂工程问题的能力和创新能力。

本实验通过水锤知识简介、水锤规律探究、水锤综合实验三个实验从识知、探索、综合设计分析三个层次考察和锻炼学生的能力，并在实验后进行实验反馈，使学生对实验进一步理解，实验过程中设实验帮助，通过实验，拟达到以下实验目的：

（1）增加学生对“水锤”现象的感性认识，增加其对水锤的原理过程、分类、计算方法的基本理解。

（2）使学生熟悉水锤的基本影响因素以及各因素对水锤的影响规律，提高其分析归纳问题的能力。

（3）使学生熟悉管线布置的基本原则、水泵站基本设计方法以及设计中水锤的分析及消除方法，提高其独立设计方案和分析问题的能力，在此基础上，提高学生专业认同感和创新创造能力。

实验模块一：水锤知识简介模块以动画和图片的形式展示水锤原理，为后面进行水锤仿真模拟提供直观的资料。要求学生理解水锤形成的基本原理及影响因素，以及常用的水锤防护措施，并设有相关预习题。

实验模块二：水锤规律探究模块选用常见的影响水锤的五个影响因素，学生一次探讨一种因素对水锤的影响规律，核心压力数据是根据瞬态水动力学偏微分方程组的特征线方法实时计算得到，并利用颜色变化表达水锤的实时压强变化，为仿真实验。

实验模块三：水锤综合实验要求学生掌握输水管路设计及停泵水锤分析。学生给定实际地形图，完成管线布置；根据给定参数，合理选择水泵型号和管道管径；然后根据自行设计的管线进行水锤计算。实验内容主要是原理仿真，管路中关键节点的核心压力和流量数据均根据瞬态水动力学偏微分方程组的特征线方法实时计算得到，为仿真实验。

（1）输入正确网址，以自己的帐号或者以评审帐号直接进入实验。

（2）水锤知识背景

1)点击【水锤知识背景】，依次点击左侧【实验简介】【实验目的】【水锤知识】【防护措施】菜单，了解实习内容，学习相关基础知识。图5为基础知识页面。

2)完成相关预习题。

（3）水锤规律探究

1)点击上方【水锤规律探究】了解模块任务书。

2)点击【水泵扬程】，在其对应的滑块中，任意选择一个参数，点击【开始模拟】，可以得到相应的计算曲线。

水泵扬程不同变量下水锤压力颜色及计算曲线。

3)重复改变【水泵扬程】值至少5次，点击【规律探究】根据生成的规律探究曲线总结水锤压强与水泵扬程的关系，并选择关系结果。

4)依次点击【管道管径】、【管道距离】、【出口高度】、【管道阀门】菜单，讨论以上因素对水锤的影响。

（4）水锤综合实验

1）点击上方【水锤综合实验】了解模块任务书。

2）点击左侧【目标水厂】，从图中A、B、C水厂选择供水厂（示例：选择A 水厂，可以打开下方【全景视角】和【隐藏高程】切换视角和高程页面。可根据高程选择水厂。

3） 点击【管道路径规划】，从泵房开始点击图中白色节点，进行管道定线。

4）管线布置后，点击【确定】进入【流量设计】页面

根据框内提示的供水量输入合理数值（示例：流量为4000m3/h，流量系数1.05）。图13为水厂流量、流量系数参数输入界面。

5）【流量设计】确定，进入【经济流速设计】设计界面。（示例：2.0 m/s）

6）【经济流速设计】确定后，进入【管径设计】页面。

（根据预算提示计算管径为721 mm，选择800 mm管径）

7）【管径设计】确定后，进入【枯水位设定】页面。

输入河水枯水位标高（示例：输入-4m）。

8）【枯水位设定】确定后，进入【预留水头设定】页面。

输入预留水头（示例：输入3 m）。

9）【预留水头设定】确定后，进入【水泵选型计算】。

可以点击【自选】，则学生根据原先输入的参数，以及系统算出来的杨程,自行选择水此处选3台，另外有一台备用。选择KQSM350-N6-653型号。

也可以直接点击【机选】，后台程序同样选择3台KQSM350-N6-653型号。

10）定好水泵型号及台数后，进入水锤计算模块。

默认阀门为止回阀。

11）【断电模拟】确定后，进入【阀门选型】页面。

此处有三种颜色管线，蓝色代表正常管线，红色代表会出现水锤管线，紫色为管路中负压管线。选择正确的水锤消除措施后，管线全部变蓝。

点击结果分析，可以得到水压的沿程包络线图。

12）点击【实验报汇总报告】，跳转至实验报告界面查看实验结果。