虹吸排水系统设计的基本原理
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屋地库虹吸排水系统原理《屋地库虹吸排水系统原理》最近在研究屋地库虹吸排水系统,发现了一些有趣的原理,今天来和大家聊聊。
咱们先说个生活现象啊,你有没有见过那种用吸管喝饮料的情况?当你用力一吸,饮料就被吸到你嘴里了。
这其实有点像虹吸现象的初期阶段。
虹吸排水系统在屋地库的运用呢,就像是一个超级变大版本的“用吸管排水”。
老实说,我一开始也不明白虹吸排水系统到底是怎么能把地库里的水高效排出去的。
这就要说到虹吸现象的原理了。
虹吸的本质其实是一种压力差在起作用。
地库里有专门适合虹吸排水的管道结构,在排水系统刚开始工作的时候,管道里要先装满水。
这个就好比是你吸管里得先有东西(水)才能开始“吸”饮料。
打个比方吧,我们把屋地库想象成一个大型的水槽,而虹吸排水系统的管道就像是水槽底部一个特殊的弯管。
一开始把管道装满水后,在重力和管道特殊结构的共同作用下,水就开始流动。
较高位置(地库里有水的地方)就像是水源地,这里的水位比较高,形成了相对较高的势能。
当水沿着特殊的管道流向较低并且出口位置更低的地方时,就会因为势能的转化而产生持续的水流。
虹吸排水系统在屋地库的实际应用可重要了呢。
比如说咱们城市里有很多大型的地下停车场(屋地库),如果到了雨季,那么底下会积水。
传统的排水方式可能比较缓慢,但是虹吸排水系统就像是一个大力士,能快速地把水排走。
在这个虹吸排水的管道中,还有一个要注意的就是空气。
空气要是进了管道会干扰整个虹吸效果,就像你吸管里有个气泡会影响你顺畅喝饮料一样。
这时候管道里需要有特殊的结构和设计来减少空气进入或者及时排除空气。
说到这里,你可能会问,是不是只要有虹吸管就行,角度有没有要求呢?当然有要求。
虹吸管道需要有恰当的坡度等设计,这就和建房子要在稳定的地基上是一个道理。
如果坡度或者一些参数不对,虹吸现象是不能很好发挥作用的。
我感觉虹吸排水系统的原理就像是大自然里水流总是从高处流向低处的一种巧妙运用,但是这里面还有很多科学知识需要我们深入学习。
上海海绵城市防护虹吸排水系统原理
一、引言
随着城市化进程的加快,城市面积的扩大和人口的增长,城市内涝问题日益严重。
为了解决这一问题,上海提出了“海绵城市”的理念,通过建设防护虹吸排水系统来实现雨水的高效利用和排放。
本文将详细介绍上海海绵城市防护虹吸排水系统的原理及其优势。
二、防护虹吸排水系统的原理
防护虹吸排水系统是一种基于流体动力学原理的城市排水系统。
其主要组成部分包括进水井、格栅、预制混凝土检查井、防护虹吸管道和出水口。
1.进水井:用于接收降雨水,并通过井盖上的孔洞进行自然流入。
2.格栅:用于拦截大颗粒物,防止堵塞管道。
3.预制混凝土检查井:用于检查和维修管道,同时也可作为溢流口使用。
4.防护虹吸管道:是整个系统的主体部分,由一系列的管道和连接件组成。
在设计上,防护虹吸管道采用了一定的坡度和弯曲度,以便雨水能够顺利地流入下游区域。
5.出水口:位于防护虹吸管道的末端,用于排放雨水。
三、防护虹吸排水系统的优势
1.高效排水:由于防护虹吸排水系统采用了流体动力学原理,
因此其排水效率非常高,能够在短时间内将大量雨水排出。
2.节约资源:相比传统的排水系统,防护虹吸排水系统不需要大量的电力或机械动力,因此具有显著的节能效果。
3.环保可持续:由于防护虹吸排水系统可以将雨水进行回收利用,因此可以有效减少城市的用水量,从而降低对水资源的压力。
4.维护成本低:由于防护虹吸排水系统的设计结构简单,因此其维护成本相对较低。
虹吸雨水排水原理最近在研究虹吸雨水排水原理,发现了一些有趣的东西,今天就来和大家好好聊聊。
你们有没有注意到,小时候我们用吸管喝饮料的时候,如果把吸管里先灌满饮料,然后再把吸管一端放到杯子里的饮料底部,另一端低于杯中的饮料面,饮料就会源源不断地流出来。
这就有点像虹吸雨水排水的感觉呢。
虹吸雨水排水系统,核心就在于利用了虹吸现象。
简单说呢,就是在一个倒U形的管道中,两头有着不同的水位高度差。
想象这就像一个小山坡,水总是想从高处往低处流。
在虹吸系统里,当管道里充满水之后,进水口的水在重力和大气压力的作用下,往出水口流。
这里的大气压力就像是一只无形的大手在帮忙“推”。
而且,因为出水口比进水口低,水一旦开始流动,在管道里就会形成一种连续流动的状态,就好像小朋友们玩的滑滑梯,一旦滑下去了,一个接一个就很顺畅。
老实说,我一开始也不明白,这个虹吸现象怎么就能在雨水排水中发挥这么大的作用呢?这就要说到虹吸雨水排水系统的构造了。
整个系统有特殊设计的雨水斗,它像一个小漏斗一样收集雨水,这个雨水斗就像一个很聪明的守门员,既能让雨水顺利流进管道,又能防止空气大量进入这里面还有些原理涉及水力计算啥的(这就比较专业了,我理解得也不是特别透彻,感觉像数学里复杂的公式题,总之就是很精确地控制水流相关的一些系数计算)。
实际应用案例可不少,像一些大型的建筑屋面,体育馆之类的。
这种大面积的屋面排水,如果采用普通排水,可能就会有积水或者排水速度慢的问题。
用虹吸雨水排水系统呢,就能够快速有效地把雨水排走,避免屋面承受太大的雨水重量。
不过这里也要注意哦,虹吸系统的管道安装需要有一定的倾斜度要求,就像轨道一样,要有合理的角度,这样才能保证水流顺畅,一旦管道被堵住或者坡度不对,那这个虹吸现象可就实现不了啦,就像滑梯中间被堵住,东西就滑不下去了。
说到这里,你可能会问,虹吸现象在生活中还有别的用处吗?其实我觉得还有很多没有被大家发现的应用场景,大家不妨一起讨论下。
虹吸排水的原理范文虹吸排水是一种无需外部动力的排液方法,常用于排除地下水或含有液体的容器中的液体。
它基于液体在管道中的压力差引起的流动,其原理可以大致分为压力差、首段引导、重力和气泡形成这四个步骤。
首先,虹吸排水的前提是要存在一个压力差。
由于液体的颗粒间以及与容器壁之间存在相互作用力,液体能够形成压力。
这个压力可以根据液体的密度以及液体所在位置的高度关系进行计算。
当液体的密度越大或者高度越高时,所形成的压力也会随之增加。
因此,在虹吸排水中,需要将出口的管道放置在比入口更低的位置,以形成足够大的压力差。
第二步是首段引导。
为了使虹吸管能够自动形成虹吸现象,必须在管道的入口处提供一段引导,使液体能够进入管道。
一般在虹吸排水系统中,通常加装一个液位上升管道,使得液体可以从低位置进入管道中,并通过管道中的液固混合层到达喉咙部分。
第三步是重力。
液体通过虹吸管流动的主要原因是重力的作用。
当液体在虹吸管中被引导后,整个管道系统将保持一个升降的形状。
这种形状使得液体可以通过负压作用力垂直上升,然后通过重力的作用力流动。
在这个过程中,液体会不断从入口处流入,形成连续的流动,并最终排出。
最后一步是气泡形成。
在虹吸排水的过程中,气泡的形成是不可避免的。
当液体开始流动时,由于管道中的液体在上升过程中出现断裂,会发生气泡的形成。
气泡的存在会破坏虹吸效果,因为气泡会阻挡液体的流动。
因此,在虹吸排水系统中,需要设立消泡装置以减少气泡的形成。
虹吸排水的实际操作过程中,有一些额外因素也需要考虑。
例如,管道的形状对虹吸效果有直接影响,较陡的管道倾斜角度对虹吸效率更高。
此外,管道的直径也需要适当选取,过大或过小的直径都会对虹吸效果产生负面影响。
总结起来,虹吸排水的原理是利用液体在管道中的压力差,通过首段引导和重力的作用将液体从较低位置垂直上升到较高位置,最终排出。
虹吸排水过程中不能避免气泡的形成,因此需要增加消泡装置来减少气泡对排液效果的影响。
虹吸排水与重力排水,有什么不同?形成原理:利用屋面与地面高差产生的能量,在屋面积水达到一定高度时,使得管道内不进入空气,以满管流状态(即虹吸状态)排水时产生负压,管道内形成抽吸作用将雨水迅速排掉。
实现:基于形成原理,利用“伯努利”方程,经过周密计算,有效控制和平衡管道内雨水的流速、压力,使得雨水管道在短时间内达到满管流状态(即虹吸状态),快速将雨水排出室外。
一、虹吸排水系统原理虹吸屋面雨水排放系统采用特殊设计的雨水斗,使雨水在很浅的天沟水深下,即可在管道中形成满流状态。
利用建筑物的高度和落水具有的势能,在管道中造成局部真空,使雨水斗及水平管内的水流获得附加的压力而形成虹吸现象。
利用虹吸作用,极大地加快水在排水管内的流速,快速排放屋面雨水。
二、虹吸排水系统组成虹吸式屋面雨水排水系统由防漩涡雨水斗、雨水悬吊管、雨水立管、埋地管、雨水出户管、45度弯头、偏心异径短束节、Y型顺水三通以及一些辅料组成(管道设计必须满足当地国家规范并能抵抗正、负压力的管道系统均可用于虹吸系统排水管道。
比如ABS、PVC、HDPE、PP、铜管、钢管和铸铁管都大量成功地用于UV系统)。
三、虹吸排水系统演示降雨初期,雨量一般较小,悬吊管内是一有自由液面的波浪流→→随着降雨量的增加,管内逐渐呈现脉动流,拔拉流→→降雨量再增大,系统出现间歇式虹吸现象,出现满管气泡流和满管汽水混合流,并逐步趋于稳定→→降雨量进一步增大,系统达到设计状态,出现水的单向流状态,稳定且全面的系统虹吸形成;具体形成的图如下:↓↓↓↓↓↓四、虹吸排水系统的优势传统重力排水系统:横管需要一定坡度立管较多,影响美观管道和配件使用量大,使用寿命较短大范围的地面开挖工作,现场施工量大,后期装修费用较高。
虹吸雨水排放系统:横管不需要坡度、管径较小,便于建筑处理、减少立管和雨水斗数量、系统寿命长、最小的地面开挖工作,雨水井少、施工简单快捷、可节省大量装修费用。
五、虹吸排水与重力排水的比较传统重力式雨水排放系统是利用雨水本身重力作用,由屋面雨水斗需经过排水系统自流排放。
吸虹原理排水一、引言在城市建设和生活中,排水是一个非常重要的问题。
为了解决排水问题,人们研究了各种各样的排水原理和方法。
其中,吸虹原理排水是一种常用的排水方法。
本文将详细介绍吸虹原理排水的原理、应用和优缺点。
二、吸虹原理排水的原理吸虹原理排水是利用虹吸原理进行排水的一种方法。
虹吸原理是指在一段高度较高的管道中,当管道内的液体被抽走一部分后,管道内的剩余液体会因重力作用而产生负压,从而形成虹吸效应。
吸虹原理排水利用这个原理,通过合理设计管道的高度和形状,使得水能够自主流动,从而实现排水的目的。
三、吸虹原理排水的应用吸虹原理排水广泛应用于以下领域:1. 建筑排水在建筑中,吸虹原理排水可以用于排除地下室积水、雨水管道排水等。
通过合理设计排水管道的高度和形状,可以实现自动排水,提高排水效率。
2. 道路排水在道路建设中,吸虹原理排水可以用于雨水排放。
通过设置虹吸井和排水管道,可以将道路上的积水迅速排除,保证道路的畅通。
3. 农田排水在农田灌溉和排水中,吸虹原理排水可以用于排除农田中的积水。
通过设置虹吸管道和排水系统,可以提高农田的排水能力,保证农作物的生长。
4. 污水处理在污水处理中,吸虹原理排水可以用于提高污水处理的效率。
通过利用虹吸效应,可以实现污水的自动排放和处理,减少人工操作和能源消耗。
四、吸虹原理排水的优缺点吸虹原理排水有以下优点:1.高效:吸虹原理排水利用虹吸效应,可以实现自动排水,提高排水效率。
2.节能:吸虹原理排水不需要额外的能源输入,只需利用重力即可实现排水,节约能源。
3.环保:吸虹原理排水不会产生额外的污染物,对环境友好。
然而,吸虹原理排水也存在一些缺点:1.设计要求高:吸虹原理排水需要合理设计管道的高度和形状,要求较高的技术水平。
2.受限于高度:吸虹原理排水的效果受限于管道的高度,高度不足时无法形成虹吸效应。
3.维护困难:吸虹原理排水系统的维护和清洁相对困难,需要专业人员进行操作。
五、结论吸虹原理排水是一种常用的排水方法,通过利用虹吸效应实现自动排水。
虹吸马桶原理
虹吸马桶是一种常见的厕所排水系统,其原理基于液体的自然流动和重力作用。
虹吸马桶由于其能够有效地实现高效排水,广泛应用于家庭、商业场所以及公共场所。
虹吸马桶的排水原理主要依赖于管道中的负压和重力。
在使用过程中,当我们冲洗马桶时,水会从水箱中经过水管注入到马桶内。
而在马桶内部,会形成一个虹吸管道,该管道由马桶底部的弯曲形状和马桶外部水管相连接。
当水箱中的水流入到马桶中时,马桶内的水位会快速上升。
当水位高于弯曲的封闭管道时,这个管道将迅速充满水,并且水流将因重力作用而向下流动。
同时,马桶外部的水管也会在水位开始下降时重新注入水。
当马桶内的水流经过马桶底部的弯曲管道时,由于虹吸效应的作用,排水管的压力将降低。
这个低压区域会吸引大量的空气进入管道,形成一个负压环境。
随后,水流将继续向下流动,直到完全排空。
虹吸马桶的设计和结构使其能够充分利用液体的自然流动和重力来实现高效排水。
与传统厕所相比,虹吸马桶具有更快、更稳定的排水速度,可以避免堵塞和异味的问题。
总的来说,虹吸马桶的原理是依靠负压和重力效应,通过马桶底部的弯曲管道和外部水管的连接,实现高效排水和清洁。
这种设计能够有效地解决马桶排水问题,提高使用体验。
虹吸雨水斗原理虹吸式屋面雨水排水系统是利用建筑物与地面的高差所产生的水头,经过准确的计算来调节管道的配置,以平衡管网的压力及流速,在设计状态下管道中充满水而产生虹吸并快速排放雨水的系统,其实质是一种多斗压力流雨水排水系统,其基本水力学原理为伯努里方程。
该系统主要工作原理是依靠独特的雨水斗设计,在降雨初期,屋面雨水高度未超过雨水斗高度时,整个排水系统工作状况与重力流排水系统相同。
随着降雨的持续,当屋面雨水高度超过雨水斗高度时由于采用了科学设计的防漩涡雨水斗通过控制进入雨水斗的雨水流量和调整流态减少漩涡,从而极大地减少了雨水进入排水系统时所夹带的空气量,使得系统中排水管道呈满流状态并利用建筑物屋面的高度和雨水所具有的势能,在雨水连续流经过雨水悬吊管转入雨水立管跌落时形成虹吸作用,并在该处管道内呈最大负压。
屋面雨水则在管道内负压的抽吸作用下以较高的流速被排至室外虹吸原理虹吸原理:虹吸现象是液态分子间引力与位能差所造成的,即利用水柱压力差,使水上升后再流到低处.由於管口水面承受不同的大气压力,水会由压力大的一边流向压力小的一边,直到两边的大气压力相等,容器内的水面变成相同的高度,水就会停止流动.利用虹吸现象很快就可将容器内的水抽出.原理概括:由于压强差在起作用。
当弯管两侧中同一液面的压强不同时,管中的水(或其它液体)就会向着压强较小的一侧流动。
利用虹吸原理必须满足三个条件:1、管内先装满液体2、管的最高点距上容器的水面高度不得高于大气压支持的水柱高度。
3、出水口比上容器的水面必须低。
这样使得出水口液片受到向下的的压强(大气压加水的压强)大于向上的大气压。
保证水的流出。
技术、安全交底记录施工单位:永济电气建筑安装有限责任公司2010年11月7日编号:表C2—2技术、安全交底记录表C2—2技术、安全交底记录表C2—2技术、安全交底记录施工单位:永济电气建筑安装有限责任公司2010年10月7日编号:。
楼房虹吸雨水排水系统原理最近在研究楼房虹吸雨水排水系统原理,发现了一些有趣的东西,今天就和大家好好聊聊。
不知道你们有没有注意到,有时候我们用吸管喝水,只要我们把吸管里先充满水,然后把吸管一端放到水杯里的水面下,另一端低于水杯水面,水就会源源不断地流到我们嘴里,这有点像虹吸现象的一个小例子。
楼房虹吸雨水排水系统的原理也类似。
简单来说,虹吸雨水排水系统是利用虹吸作用,让雨水能够快速排出。
虹吸作用呢,其实就是因为有压力差。
在这个排水系统里,雨水斗就像是吸管的入口。
当降雨开始,雨水进入雨水斗,如果斗前水深够大,就会形成虹吸满管流。
这时候,系统内部是处于一种特殊的压力状态,管内的空气被排空,管道呈现出一种真空的状态,就像我们用嘴巴吸吸管吸水时,嘴巴里形成一个低压区类似的原理。
大气压力就像一个大力士,它会把高处的雨水不断地压进这个低压的管道里,然后让雨水快速地通过管道排走。
打个比方吧,想象一下我们在山上有一个大水池(代表雨水的源头,比如楼顶的雨水汇集处),山下有个小坑(代表排水的地方),我们拿一根长长的密封软管(代表排水管道),先把软管里装满水,然后一头放在水池里,一头放在小坑里,水池里的水就会顺着软管哗哗地流到小坑,尽管小坑的地势比水池要低很多,这就是虹吸在起作用啦。
有意思的是,这个系统对雨水斗的设计也很讲究。
雨水斗有特殊的形状和结构,可不是随随便便就能让虹吸现象顺利进行的。
比如说,要有合适的格栅防止杂物进入影响虹吸,同时要保证雨水能顺利进入而且形成足够的斗前水深。
老实说,我一开始也不明白为什么虹吸能够让雨水排得这么快。
后来才明白这其中的压力差的关键作用。
而且在虹吸雨水排水系统中,管道也得有一定的坡度要求等。
就像我们走下坡路比平路更省力一样,有坡度能让水流保持较好的流速。
在实际应用中,像大型的商业建筑、高层建筑,虹吸雨水排水系统就非常实用。
它比传统的重力排水系统效率更高。
比如说,在一个大型购物中心的楼顶上,要是下暴雨了,虹吸排水系统就可以迅速把雨水排出去,避免楼顶积水造成屋顶结构受损之类的问题。
虹吸排水系统基本原理及设计基础 (Principle and design foundation)
1 屋面虹吸排水系统的工作原理 (Principle of siphonic roof rainwater drainadge systems ) 什么是虹吸排水 下面是一红虹吸过程示意图。
C 这是一个典型的2雨水斗虹吸排水系统。当然,这也可以是一个重力排水系统(gravity drainage systems)。 如果是重力排水系统,在管道中肯定是处于气水混合流(mixed stram of air-water)状态,而且可以认为整个系统从下到上气流贯贯通的,也就是说,管道内各点的压力都等于大气压。水流在这种状态下,只能靠重力的作用,从高向低流。 在连接管管和立管内,由于进出口高差的作用,水流自上而下流动不成问题。但是在水平管和过渡段,要使水流保持足够的流速,就必须使管道有一定坡度(gradient)。坡度的大小,自然和流量以及管道通流有效面积有关,一般可以用谢才公式(the Chezy formulas)计算流量: Q=AR2/3J0.5/n (1) 式中,Q—管道流量(rate of flow),m3/s A—有效过流面积(effective area),m2 R—管道水力半径(hydraulic radius),m J—管道坡度,无量纲 n—管道表面粗糙度(roughness),对塑料管道,n=0.009,对钢管,n=0.011 管道水力半径R=A/湿周长度,m 在实践中要使管道用小的坡度通过较大的流量,需要很大的管道直径,而且有坡度的管道在现代厂房中铺设也存在困难,因为其他管线都是水平铺设的。我们可以做一个简单的计算来说明重力排水在大屋面排水中有多大困难。 设排水管线长度为100米,如果保持J=1%=0.01的坡度,就意味着上下游有1m的高差,这已经给管线铺设带来的许多不便。 假定屋面面积3000m2,大约有150L/s=0.15m3/s的雨水量。假如选用规格315的PE管,内径0.29m,截面积0.066m2,周长0.91m。设充满度(degree of fullness)0.6,湿周长(length of soak)约0.5m, 过流面积A=0.6*0.066=0.0396m2 水力半径R=0.0396/0.5=0.0792m 取n=0.009 Q=0.0396*0.07922/3*0.010.5/0.009 =0.081m3/s 这和要求的通流量0.15m3/s差的太远。 要通过150L/s的流量,坡度要达到3.4%,这在实践上是不可能的。另一个办法就是加大管道直径。如果保持1%的坡度,则过流面积要加大到1.85倍,管径要加大到原来的1.36倍,即使用直径450mm的管道。显然这样的管道成本也是很高,而且难以施工。 以上的计算想说明这样一个事实:重力排水的管道除了需要坡度,也需要很大的管径,这在许多建筑中是很难实施。 如果能够把管道内的重力流(gravity flow)变成压力流(pressure flow),管道就不再需要坡度。 作为一个特例,如果管道内的水流处于静止状态,则流速V=0。取H=h1-h2,并取p1=0,则p2=ρg H,这说明势能全部转换成了下部的压力能。对水而言,水的密度(density)为1000kg/m3,取重力加速度(gravity acceleration)g=9.81m/s2,则10米高度形成的压力为 p2=10*1000*9.8=98kN/m2=98kPa=0.0981MPa=981mbar=0.981bar。
反过来,如果是一个一端封闭灌满水的管道倒立在水中,此时封闭端的内部压力就和封闭端与水面的距离有关,设水面高度h2=0,压力p2=0(大气压力),则 ρg H+P1=0+0 P1=-ρg H 即封闭端内部表现为负压,和高度H成正比。 但这里有一个概念要清楚,绝对压力最低极限是0,不可能为负值。这里的负压仅仅是相对大气压力而言,所以负压的极小值就是一个大气压力的负值。 1个工程大气压(technical atmosphere) =1kgf/cm2=0.981巴(bar) 1个标准大气压(standard atmospheric pressure) =1.033工程大气压=0.1013MPa 我们常说一个大气压力等于10米水柱的压力,是一个近似值。 由于管道实际存在阻力损失,所以在前后两个截面上三部分能量之和会有差别,就是这段管道的阻力损失。实际流体的伯努利方程表述为: h1+p1/(ρg)+v12/(2g)= h2+p2/(ρg)+v22/(2g)+ΣζV2/(2g)+ΣλLV2/(2gd) (2) 在弄清虹吸排水原理之前,我们先用伯努利方程分析一下立管顶端的压力和哪些因素有关。
取立管顶端为截面1,系统出口为截面2。立管顶端高度为HL,压力为Pc,速度为Vc,出口高度为零,压力为零,速度为Vg。设立管和过渡段的阻力损失总和为Hz,代入伯努利方程(2), HL+ pc/(ρg) +vc2/(2g)= vg2/(2g) +Hz pc=ρg(Hz-HL +vg2/(2g) -vc2/(2g)) (3) 实际系统中,vg<< vc,立管和过渡段的阻力损失Hz也都小于势头HL,所以pc都小于零,即立管顶端的表压(gage pressure)为负值。由式(3)可见,立管阻力Hz越小,即管径越大,pc也越低;流速vc越高,pc也越低。这个物理概念非常重要。 再回过头来看上游管道,即从雨水斗到立管顶端。由于雨水斗进口压力就是大气压力,表压为零,该点的势头比立管顶端高出一个尾管高度Hw,所以从雨水斗到立管顶端的压力差等于ρg Hw- pc,而由于pc <0,所以从雨水斗经水平管到立管的流动就成了有压流动,而不再是靠重力流动。如果在水平管两端有20kPa的压力差,就相当于上下游有2m的落差。显然,这非常有利于排水,也可以用较细的管道排放较大的流量,这就是虹吸排水的最基本的原理。 从以上分析我们可以看到,要加大虹吸排水系统的排水能力,有两个措施可以采取: 降低立管顶端的压力,这样可以增大水平管段水流的驱动能力。但这种降低是有限制的,即不能也不可能低于水的饱和蒸汽压力(Saturated water vapor pressure),否则水在常温下就会沸腾(ebullition)。一旦水中出现大量气泡,水的密度就会降低,排水能力也随之下降。在实践中是通过加大立管和过渡段直径降低立管顶端的压力。另外,当立管较短时,上端也不可能太低的压力。 减小上游阻力,即加大悬吊管和尾管直径。在这方面的限制主要是材料成本和施工难度。实践中水平管最好越细越好,这样既降低成本,也便于施工。315mm以上的管道在悬吊管上禁止使用。 总结以上内容,形成虹吸要满足以下条件: 虹吸排水必须在管道内达到足够的充满度时,才可能实现,管道内一旦出现空气贯通,虹吸现象即被破坏; 虹吸排水系统内的最低压力有限制,这样,雨水斗到立管顶端的压力差一般不会超过100kPa,也就是说虹吸排水尽管是有压排水,但是动力有限,设计者还必须尽可能减小管道阻力,如采用45斜三通,采用有较大转弯半径的弯头,也尽可能减少转弯点。
虹吸的形成过程(siphonic growing process) 虹吸雨水排放系统有一个自动充满过程。 在雨量较小时,天沟内汇集的雨水很容易被排除,这时系统就相当于一个重力排放系统。 随着雨量(rainfall)加大,天沟水深上升,进入雨水斗的流速也逐步加快。当超过雨水斗喉部充满的临界流速(critical flow velocity)时,连接管的上部就会被充满,和天沟内的水流形成一个整体。这时有效的水深就不仅再是天沟水深,而是加上了连接管内充满的高度,水流的流速会急速上升;
只要天沟内有足够的水流,连接管很快就会被充满,这时的势头等于连接管高度加上天沟水深。显然,这时的流量要比只靠天沟水深形成的流量大得多。这个流量和连接管高度以及连接管直径有关; 连接管充满之后接着就是悬吊管充满。当悬吊管充满时,Q2会有所下降。 连接管充满所能形成的流量要能够超过立管充满临界流速所需要的流量,这样就可以把立管上部充满,使有效势头进一步加大,流量也进一步上升,最终使整个立管充满,流量达到最大值。 有没有可能充满过程自下而上呢?如果是这样,说明上游阻力小于下游阻力。以尾管为例,如果从尾管下端开始充满,说明靠斗前水深形成的流量在尾管下端都不能顺畅排出,这明显不合逻辑。同样在立管上也是如此。如果尾管充满形成的流量会积累在立管下端,说明过渡段的阻力是非常大,实践上也不可行。 当雨量下降时,系统排水能力超过汇水量,开始有部分空气进入系统,形成气水混合流,脉冲流(stream of pulses),最终转换成重力流。 实际排水系统不可能稳定保持在满管流(full-bore flow)状态,因为满管流就意味着饱和状态(saturation),任何超出的雨量都会在天沟内不断累积,造成溢流(overflow)或者泛水(flashing)。实际系统设计总是让最大可能雨量小于系统的最大排水能力。 这里我们需要注意系统形成虹吸的基本条件—立管能够被充满。如果连接管过短,悬吊管过长或过细,立管太粗,都有可能使虹吸无法生成。如果这样,系统的最大排水能力就不是水力计算书(HYDRAULIC PERFORMANCE CALCULATION SHEETS)提供的流量,而是仅靠连接管所能形成的流量,它会远远小于系统的设计流量。出现这种情况的根本原因是由连接管和悬吊管构成管组所能形成的满管流流量达不到充满立管所需要的临界流量,其中最主要的因素是尾管的长度。设计规程《Technical specification siphnic drainage system of roof》CECS 183:2005建议连接管不短于1000mm 在设计规程中提出了一种进行尾管长度的验算方法,但是这种方法是有缺陷的,因为它没有考虑到水平管的长度和立管的直径。
能够使立管充满的最小流量见下表。 立管外径mm 56 63 75 90 110 125 160 200 250 内径mm 50 57 69 83 101 115 147 182 228 临界流量L/s 2.5 3.0 3.8 4.2 5.5 7 13 22 50
虹吸排水主要解决的问题 尽管有多种多样都会用到虹吸排水系统,但推出屋面虹吸排水系统的最主要目的是解决汇水点远离落水点系统的排水困难。