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浅析尾管(连接管)选型对虹吸系统运行影响因素探讨
浅析尾管(连接管)选型对虹吸系统运行影响因素探讨
摘要:我国自20世纪80年代以来开始引进利用虹吸式系统,尤其是在进入21世纪后广泛推广使用于航站楼、展览馆、仓库、办公大楼、体育场等跨度大、结构复杂的屋面,随之广大工程技术人员逐渐深入研究,对虹吸系统的设计关键因素展开广泛讨论,在工程应用许多领域获得了较为成熟的理论成果和实践经验。
关键词:虹吸式雨水系统 数值分析 影响因素
Analysis of the Tail Tube ( Pipe ) Selection of Siphon System Affecting Factors
PanHao1,HUANG Xiao-jia2,3
(College of City Construction ,University of South China ,HengYang 421001;China IPPR Engincering Corporation;Beijing 100089;College of City Construction ,University of South China, HengYang, 421001)
Abstract: Our country since nineteen eighties began to introduce the use of siphon type system, especially after entering twenty-first Century widely used in the terminal building, exhibition hall, warehouse, office buildings, stadiums and other large span and complicated structure, roof, then the majority of engineering and technical personnel gradually in-depth study, the siphon system design essential factor spread out to discuss extensively in engineering applications, many areas have a more mature theory and experienceon .
Key words:siphonic roof drainage system;influence factors ; numerical simulation
前言
虹吸式屋面雨水排水系统作为一种新兴的雨水排水技术,因其具有高效、节材等优点,迅速在航站楼、展览馆、仓库、办公大楼、体育场等大屋面大体量建筑领域取代传统重力流屋面雨水系统【1~2】。,实践证明虹吸系统相对于重力式系统具有系统泄水能力大、悬吊管敷设无需坡度节省建筑空间、管径小、流速大排水迅速等诸多优点。本文后续文中会对影响虹吸(满管流)是否快速、顺利形成的各大因素作较为详细的综述。
1.虹吸式雨水系统
1.1 虹吸式系统流态变化和最小虹吸流量
虹吸式雨水系统由虹吸式雨水斗、连接管(尾管)、悬吊管、立管和过渡段组成,降雨过程中系统并不是全部在虹吸流态(压力流)下运行,重力流与虹吸流交换运行,整个过程需经历五种流态:波浪流、脉冲流、活塞流、泡沫流、满管流。
降雨初期,悬吊管内雨水为非满管流,表现为波浪流和脉冲流;系统处于重力流状态,排水效率低下,斗前水深迅速增加。随着降雨量的增大,斗前水深逐步加大,水流过渡到活塞流和泡沫流,并间歇式形成虹吸作用,产生瞬间抽吸作用,排水能力突然增大,斗前水深回落,系统又回落到重力式流态;这样经过一定时间后,斗前水深趋于稳定,形成稳定的虹吸满管流,此时排水能力已趋于饱和,不再有太大变化。降雨后期,雨水量减少,虹吸系统按逆方向经历上述阶段,最终在重力流运行下排除积滞的后期雨水。
降雨过程中,连接管(尾管)首先形成满管流,迅速启动小虹吸,“填充”悬吊管;而后悬吊管会依次经历以上所述的五种流态,最终到达满管流状态;悬吊管充分形成满管流后,雨水开始从顶端向下游段“填充”立管,当立管中无掺气(实际上,水汽比大于95%时,即可近似认为系统在无掺气满管流下运行),整个系统完全启动虹吸。
虹吸系统的顺利启动依赖于尾管、悬吊管和立管满管流形成的难易程度和快慢与否,尾管相对于整个系统为小管径,较为容易形成满管(虹吸)流;立管在悬吊管充分填充(水流)后,依靠立管高差具有的势能,转变为速度水头,“顺其自然”【5】启动整个系统形成虹吸。在虹吸式系统中,为凸显
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