虹吸水力计算软件提资

虹吸式屋面雨水排水系统设计软件

张沙;王文海;杨金华

【摘 要】以科列勃洛克公式和伯努利方程为基础,采用Visual Basic语言设计虹吸式屋面雨水排放系统的水力计算软件,实现了设计及校核计算的自动化,并给出该软件的一个工程算例.

【期刊名称】《北京建筑工程学院学报》

【年(卷),期】2011(027)001

【总页数】4页(P56-59)

【关键词】虹吸式屋面雨水排放系统;vb语言;水力计算;科列勃洛克公式

【作 者】张沙;王文海;杨金华

【作者单位】北京建筑工程学院环境与能源工程学院,北京100044;北京建筑工程学院环境与能源工程学院,北京100044;中国中元国际工程设计研究院,北京100089

【正文语种】中 文

【中图分类】TU823.6

屋面雨水排放系统按照其水力特征可分为重力流系统和压力流系统，随着大型公共建筑屋面面积的不断扩大，对建筑内部结构的要求也更加苛刻，传统的重力流排水系统由于其悬吊管安装需要坡度(坡向立管方向)，使得对吊顶空间的需求很大，因此限制了连接的雨水斗个数和悬吊管的长度，在要求美观和节省空间的大型建筑物的使用上受到限制.由于虹吸雨水排水系统悬吊管不要求坡度使得吊顶空间对其约束较小，利用负压使其排水能力加强，悬吊管连接雨水斗个数原则上不受限制，排水立管数量少、管径小等诸多优点近年来获得了突飞猛进的发展［1］.但是，由于起步较晚，虹吸雨水排水系统的设计计算方法及工具尚不完善.本文应用经典水力学公式，使用Visual Basic语言编制雨水排水系统水力计算软件，实现水力计算和校核的自动化.

1 虹吸雨水排水系统

1.1 虹吸雨水排水系统的组成及其工作原理

如图1所示，虹吸雨水排水系统由虹吸式雨水斗、连接管、悬吊管、立管、出户管组成.系统充分利用了屋面与排出管之间的几何高差，加大了排水流量.当降雨强度达到设计值时，管道内水流呈满流状态.在雨水连续流经雨水悬吊管转入雨水立管跌落时就形成虹吸作用，在该处管道产生最大负压.采用压力流的屋面排水系统，在降雨过程中相当于从屋面上的一个稳定水面的水池中排水，经屋面内排水系统从排出管排出，管道全充满的压力流状态.故称为压力流排水系统或满管流排水系统［2，6］.

水利工程虹吸管水力计算

水利工程中的虹吸管是一种特殊的水力结构，用于在管道中形成虹吸现象，从而实现输送水流的目的。虹吸管的水力计算涉及到流体力学、静力学和动力学等多个方面的知识。下面我将从几个角度来解释虹吸管的水力计算。

首先，虹吸管的水力计算涉及到虹吸现象的形成和维持。虹吸现象是指当管道中的液体处于一定的条件下，可以在管道内形成一个低于液面的负压区域，使得液体可以被吸引并输送。在水力计算中，需要考虑管道的直径、液体的密度、管道的高度差、管道的摩擦阻力等因素，来确定虹吸现象是否能够发生以及发生的条件。

其次，虹吸管的水力计算还涉及到管道内流体的流动特性。在水力计算中，需要考虑管道内的流速、流量以及液体在管道中的压力变化等因素。这些因素可以通过流体力学的理论和实验来进行计算和分析，以确定虹吸管内液体的流动情况。

另外，虹吸管的水力计算还需要考虑管道的结构特点和材料特性。管道的材料、直径、长度、弯曲和支撑等结构特点都会对虹吸现象的发生和维持产生影响，因此在水力计算中需要对这些因素进行全面的考虑和分析。

总的来说，虹吸管的水力计算是一个复杂的工程问题，涉及到多个学科的知识和多个因素的综合影响。只有全面深入地分析和计算，才能准确地确定虹吸管的水力特性，从而保证虹吸现象的可靠发生和水流的有效输送。希望以上回答能够满足你的要求。

1、图形处理

1）删除一些不需要的图形。

2）新建一个tempt（暂时）图层，在这个图层上布置雨水管线，注意只要线断开，就会在断开处生成检查井。

特别注意：如果是一条管线，保证连接检查井的各条线之间只有一个交点，否则会生成多个检查井，导致最后计算错误。

2、关闭其他图层，只剩管线tempt图层，点击，雨水——平面管线——定雨水管，定义新的文件。选择要定义的管线，生成鸿业能够识别的管线和检查井。

3、点击，雨水——节点编号——自动节点编号。

4、点击，工具——编辑查询，选择检查井，手动输入各检查井的设计标高。（说明：如果采用自然地形，可以使用平面处理功能生成标高文件，再点击，雨水——定井地面标高）

5、点击，雨水——雨水计算——定义排出口。

6、点击，雨水——雨水计算——定义排水界限。（作用：选择需要定义的雨水块，把它转成鸿业能够识别的雨水块）

7、点击，雨水——雨水计算——自动布参数块。（自动生成雨水块面积，可以编辑雨水定额，集中流量，人口密度）

8、点击，雨水——雨水计算——连接参数块。选择所有图形，回车。

连接之后，有些连接是不合理的，点击，雨水——雨水计算——连接参数块。点选检查井和雨水块，点确定。

9、点击，雨水——雨水计算——雨水计算（面积）。

径流系数、重现期、折减系数根据总规选定，集水时间根据地面坡度选择，高差8-9m甚至更大的地方采用5min，平坦的地区采用10min，高差在中间值时采用插值法。

点击图面提取，全选整个图形后，初算。

10、计算完后，将计算结果赋回图面。

11、点击，雨断面——选择断面。选择所出断面起点井，再选择所出断面终点井。点击插入位置。

12、点击，雨断面——雨水坡度编辑。拖动管段坡度，以满住管线埋深要求。

13、点击，雨断面——断面返回平面，选择断面中需要返回的管线，确定。

注：一次只能返回一段管线，开始可以不进行管道标注更新，等全部都调好坡度后再一次性更新。

一、设计步骤

二、计算公式

1、 水力坡降（单位长度阻力损失）—R（KPa/m）

gvdlRj22

R——水力坡降（单位长度阻力损失），KPa/m

——沿程阻力系数，取0.018

l——管道长度，m

jd——管道计算内径，m

v——管道流速，m/s

2、 沿程水头损失—lh（KPa）

Rlhl

lh——沿程水头损失，Kpa

3、局部阻力损失—jh（KPa）

gvhj2102

——局部阻力系数，估算时按下表取值：

4、 管道某一断面x处压力—xP（KPa）

xxxxhvHP28.92

xH——雨水斗顶面至x断面几何高差，m

xh——雨水斗顶面至x断面总水头损失，Kpa

jlxhhh

5、 系统余压—P（KPa）

nnnhvHP28.92

nH——雨水斗顶面至排出管出口几何高差，m

nh——最远端雨水斗顶面至排出管出口总水头损失，Kpa

nv——排出管出口流速，m/s

6、 管道流速—v(m/s)

24jdQAQv

三、计算软件控制因素

1、检查雨水斗最小高度

雨水斗顶面至过渡段的高差，在立管管径不大于DN75时，宜大于3m；在立管管径不小于DN90时，宜大于5m；如不满足，可增加立管根数，减小管径。

2、检查管道流速（依据公式6）

（1）管道设计流速不小于1.0m/s，使管道有良好的自净能力，这一要求适用于系统所有管段；最大流速常发生在立管上，宜小于6.0m/s，以减小水流动时的噪音，最大不大于10m/s；立管最小流速控制在2.2m/s。

（2）系统过渡段下游（排出管出口）的流速，不宜大于2.5m/s；当流速大于2.5m/s时，应采取消能措施。

3、检查系统势能是否足够（依据公式5）

系统的总水头损失∑hn（从最远斗到排出口）与出口处的速度水头之和（mH20）,不得大于雨水斗天沟底面与出口的几何高差H，其压力余量P宜稍大于10KPa。