水（和溶解空氣）的可壓縮性導(dǎo)致水的作用不同于金屬柱。如果它不可壓縮，其前緣將被永久壓碎，或者整個(gè)色譜柱將向后彈回。當(dāng)水柱的前緣碰到關(guān)閉的閥門時(shí)，它突然停止。由于前緣后面的水仍在運(yùn)動(dòng)，因此開始?jí)嚎s。即使前緣已停止，這也允許少量水繼續(xù)流入管道。當(dāng)流動(dòng)停止時(shí)，其所有運(yùn)動(dòng)動(dòng)能以及由于壓縮而產(chǎn)生的動(dòng)能都轉(zhuǎn)換為壓力能。

壓縮從水柱的前緣開始，由于它產(chǎn)生的額外能量無法繼續(xù)通過關(guān)閉的閥門，因此會(huì)產(chǎn)生壓力或沖擊波，并沿著阻力最小的路徑傳播，在此示例中，該路徑返回上游。它的開始類似于在空氣中傳播的聲波撞擊類似的屏障時(shí)產(chǎn)生的回聲。當(dāng)波撞擊上游閥門時(shí)，它將被反射回下游，但強(qiáng)度減弱。這種來回運(yùn)動(dòng)一直持續(xù)到摩擦和反射損耗導(dǎo)致波消失為止。波浪傳播的速度及其在傳播過程中損失的能量取決于其傳播介質(zhì)的密度和可壓縮性。水的密度和可壓縮性使其成為沖擊波產(chǎn)生和傳播的良好介質(zhì)。

由液壓沖擊產(chǎn)生的壓力波具有與聲波相似的特性，并且以相似的速度傳播。水錘壓力波協(xié)商管道長(zhǎng)度所需的時(shí)間就是管道長(zhǎng)度除以水中的聲速（大約4,860英尺每秒[ft / sec]）。在水錘分析中，經(jīng)常使用的時(shí)間常數(shù)描述了波從開始到次要屏障然后再返回的過程。它的形式為Tc = 2L / a（其中L是管道長(zhǎng)度，a是波速，即聲速）。在1,000英尺長(zhǎng)的管道中，波浪可以在不到半秒的時(shí)間內(nèi)完成一次完整的往返。

P（附加）= aV / 2.31g 
公式1

P =沖擊波產(chǎn)生的附加壓力
a =波速
V =管中流動(dòng)的水的速度，以英尺/秒為
單位g =萬有引力常數(shù)32 ft / sec ²
2.31 =壓力轉(zhuǎn)換常數(shù)。

該沖擊波產(chǎn)生的壓力與波速和管道中流動(dòng)的水速都成正比。盡管公式1沒有考慮管長(zhǎng)度，直徑和彈性的影響，但它將為水錘壓力波產(chǎn)生的附加壓力提供一些見識(shí)。

在5英尺/秒的管道速度下，由沖擊波產(chǎn)生的附加壓力約為328 psi。將該速度增加到10 ft / sec，將附加壓力增加到大約657 psi。顯然，未設(shè)計(jì)為適應(yīng)這種增加的壓力的系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)損壞甚至毀壞。

圖2.帶有分支電路的主管道

閥門關(guān)閉與開啟

水錘的主要原因之一是閥門突然關(guān)閉。圖2顯示了帶有“三通”饋送支路的主管道。在支路的末端是一個(gè)閥門。黑色箭頭表示主管線和分支管線中的流向，紫色箭頭表示分支管線的長(zhǎng)度。與圖1中的系統(tǒng)一樣，閥門充當(dāng)主要屏障，但這次的次要屏障是“三通”。

如果水在支管中流動(dòng)且閥門迅速關(guān)閉，則會(huì)產(chǎn)生沖擊波。在我們的假設(shè)示例中，它的開始遵循相同的事件順序。一個(gè)小區(qū)別是，由于“ Tee”通向兩側(cè)的主管道，因此某些波的強(qiáng)度會(huì)丟失。盡管如此，仍有很大一部分會(huì)反射回閥。

P = 0.07（VL / t）
公式2

P =沖擊波產(chǎn)生的附加壓力
V =流速（以英尺/秒為單位）
L =擋板之間的管道長(zhǎng)度（以英尺為單位）
t =閥門關(guān)閉時(shí)間（以秒為單位）。
0.07 =導(dǎo)出常數(shù)。

此示例的不同之處在于，我們可以對(duì)閥門關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行一些控制。在我們的假設(shè)示例中，閥門以接近光速的速度關(guān)閉。閉合時(shí)間對(duì)水錘的產(chǎn)生和強(qiáng)度有重要影響。其他兩個(gè)變量，流速和管道長(zhǎng)度也是主要因素。公式2顯示了這三個(gè)變量的關(guān)系。沖擊波產(chǎn)生的附加壓力與流速和管道長(zhǎng)度成正比，與關(guān)閉時(shí)間成反比。換句話說，較高的V或L值將增加壓力，而較高的t值將導(dǎo)致壓力降低。表1顯示了使用不同的速度，管道長(zhǎng)度和關(guān)閉時(shí)間時(shí)，該方程式的結(jié)果。V值為5和10英尺/秒，L值為100和1,000英尺，和t值為1和2秒。每個(gè)示例中有兩個(gè)變量是常量。

表1.不同速度，管道長(zhǎng)度和關(guān)閉時(shí)間所產(chǎn)生的附加壓力

該表的兩列都說明了速度和長(zhǎng)度的比例影響-壓力隨著它們的增加而增加。右欄中的較低值說明了時(shí)間的反比關(guān)系。這些壓力是左欄中的一半，因?yàn)殛P(guān)閉時(shí)間增加了一倍。L的值通常是固定的，并取決于應(yīng)用程序，但是我們可以對(duì)其他兩個(gè)變量進(jìn)行實(shí)質(zhì)控制。通過這樣做，我們可以消除或大大降低水錘效應(yīng)。

管道直徑及其材料的彈性也會(huì)影響所產(chǎn)生的壓力。更大直徑和更多彈性的材料吸收了一些沖擊波的強(qiáng)度，因此降低了產(chǎn)生的壓力。幾家管道制造商發(fā)布了曲線或表格，顯示了各種直徑和材料的水錘潛在的壓力增加。

假設(shè)分支管路閥已關(guān)閉。如果快速打開，其效果類似于快速關(guān)閉的效果。當(dāng)閥門快速打開時(shí)，支管會(huì)立即出現(xiàn)壓力下降，而來自主管的進(jìn)水會(huì)加速以前的靜態(tài)塔。由于摩擦和其他因素限制了其流動(dòng)，因此色譜柱的前部可作為初始屏障并引起水擊。通常，其影響遠(yuǎn)小于閥門關(guān)閉的影響，通常被稱為“喘振”。不過，在某些情況下，這種喘振可能會(huì)造成破壞。