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虹吸雨水设计与若干问题析 　　摘要：虹吸式屋面雨水排水系统是当今公认的较为先进的屋面雨水排放系统,然而经过大量的理论研究和实际应用发现该系统与传统的重力式屋面雨水排水系统相比有其独特的优势,但也存在一些不可避免的缺陷,所以实际工程中究竟选用何种屋面雨水排水系统要综合多种因素确定。。 　　 关键词：虹吸屋面雨水 排水系统 　　Abstract: siphon type roof rainwater drainage system is now recognized as one of the more advanced roof rainwater drainage system, howevers, after a lot of theoretical research and practical application found that the system had its unique advantages comparing with the traditional gravity roof rainwater drainage system，but there are also some unavoidable defect, so in practical engineering how to chose roof rainwater drainage system should consider many factors.. 　　Keywords: siphon， roof rainwater， drainage system 　　中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号： 　　 　　 虹吸式屋面雨水排水系统也称压力流排水系统,是当今国际上较为先进的屋面雨水排放系统,最早于1968 年在欧洲提出。1972 年瑞典建成了首个商业化的虹吸式屋面雨水排水系统。经过国际上水力学和工程学方面专家的努力,近年来发展迅速,相继在欧、美、日本等许多国家得到推广。我国大约在2001 年开始应用,而且很快被广泛应用于大型厂房、展览馆、候机楼、商业中心、仓库、办公大楼、体育馆等跨度大、结构复杂的屋面,是解决屋面雨水排水的有效方式。而笔者经过大量的理论研究和实际应用发现,这种新型的屋面雨水排放方式既有优势又有弊病。 　　 1.工程概况 　　 1 虹吸式屋面雨水排水系统简介 　　 111 虹吸式屋面雨水排水系统的组成 　　 虹吸式屋面雨水排水系统由虹吸式(防漩涡) 雨水斗、雨水悬吊管、雨水立管和雨水出户管组成。其中雨水斗需用防漩涡的虹吸式雨水斗,雨水悬吊管无需坡度。 　　 　　 112 虹吸式屋面雨水排水系统的形成及工作原理 　　 经过大量的实验研究发现,虹吸式屋面雨水排水系统内管道的压力和水的流动状态是变化的。形成虹吸式水流其流态需经历波浪流、脉冲流(脉动流) 、活塞流(拉拔流) 、泡沫流(乳化流) 、满管流等五个阶段。在降雨初期,雨水排水系统悬吊管内的雨水为非满管流,以波浪流和脉冲流为主,系统处于重力流状态。随着雨量的增大则斗前水深逐步增大,水流逐步过渡到活塞流和泡沫流并间隙性地产生虹吸满管流流态,悬吊管内出现较明显的负压。虹吸的形成使系统排水能力突然增大,斗前水深又会回落,系统重新回到重力流方式。这种变换会来回持续一段时间,直到降雨量进一步增大,斗前水深趋向稳定,系统掺气量减少,最终形成稳定的虹吸满管流[2 ] 。形成虹吸满管流时尽管雨水可以充满管道,但水中仍会有少量气体掺入,只要水气比 95 % ,就可近似地把水流看作是恒定流且不可压缩,这样虹吸满管流便成为一相流状态下的满管流。考虑实际液体的粘滞性,系统的工作原理就符合伯努利方程(恒定总流能量方程) [3 ] : 　　 　　 列出雨水斗水面1-1 和管道中任意断面x-x的能量方程(如图2) : 　　 　　 式中, z1 、zx 分别为断面1-1 和断面x-x 的位置水头; p1/γ、px/γ分别为断面1-1 和断面x-x 的压强水头; v1 2/2 g 、vx 2/2 g 分别为断面1-1 和断面x-x 的流速水头; h′w 为断面1-1 到断面x-x 的水头损失。当式中p1 = 0 ;因v1n vx ,则v1≈0 ,取v1 = 0 ;令Δz = z1 - zx ,可得 　　 　　 从式(3) 可以分析断面x-x 的压强变化(如图2) : x-x 断面在水平悬吊管上时,Δz 不变,且其值较小;而虹吸式雨水斗有较大的水头损失,而且随着x断面向立管一侧移动,管道的水头损失还会较快增加;加上x-x 断面较1-1 断面小得多,则vx 值较大。所以悬吊管内从雨水斗到立管将呈不断增大的负压,在与立管的交叉点处负压最大。从立管与悬吊管交点向下,Δ