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家里的水管为什么会漏水呢?

本帖由 漂亮的石头2021-03-26 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

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    [​IMG] OwlLite,{} 阅读原文

    大部分水管的漏水发生于接口处,也就是如下的结构:

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    典型的水管 T 形接口

    但这种设计存在一些问题,特别是流体力学问题:

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    在上图左图中,水流从主管道(下部分)的左边流往右边。通过 CFD 模拟可以发现,水流在接口处发生了严重的流速不均衡,在接口左角形成一个低速到高速的极端流速变化区,而在接口右角形成一个高速到低速的极端流速变化区。另外,水流进入从管道(中间直立部分)之后,在左边形成一个高流速区,在右边形成一个低流速区域(流速与接口距离的关系见右图)。这些小区域范围内的流速快速变化,会导致形成湍流[1]:

    [​IMG]
    上图,稳定的层流;下图,不稳定的湍流

    湍流的不稳定,导致水管接口处发生持续的高频力学冲击,湍流发生区域快速的压力变化,导致溶解于水中的空气被释放出来,进一步加剧冲击力量[2]. 这种持续的冲击就像一直用锤子锤水管接口一样,虽然在水管接口处安装时密封非常好,但常常隔一段时间之后密封会被破坏。

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    此外,如果是金属水管(典型地,碳钢),接口处的富氧环境还会导致腐蚀[3]:

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    腐蚀导致管道内壁的不平整,腐蚀区域的水流因此发生变化,加速腐蚀过程:

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    腐蚀缺陷(半圆区域)导致局部水流变化
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    这些腐蚀会导致接口附近内壁和接口螺纹的损坏,形成漏水点。

    [​IMG]
    被腐蚀(左半部分)和湍流冲击(右半部分)破坏的铜管道内壁

    可见,防止漏水的关键在于 1)减少接口湍流形成 2)防止腐蚀 / 老化。这些问题可以通过改善管道设计(内部加导流结构)和防锈措施来实现。但通常来讲,这些措施都有比较高的成本,所以在民用场景很少使用[4].

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