浅析压力流虹吸式屋面雨水排水系统的设计与应用

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1、浅析压力流虹吸式屋面雨水排水系统的设计与应用时间：2011-04-2319:50:01  来源：毕业论文  作者：秩名论文导读：我国的屋面雨水排水系统多按重力流设计。虹吸式雨水排水系统水力分析（系统排出管为自由出流）如图1。选用压力流虹吸式雨水排水系统具有明显的优势。优势，浅析压力流虹吸式屋面雨水排水系统的设计与应用。关键词：虹吸式雨水排水系统，优势，设计　　1引言　　屋面雨水排水系统是指降雨过程中建筑物屋面承接的雨水沿屋面坡向汇集到檐沟和天沟，然后雨水通过雨水斗、悬吊管、雨水立管、排出管等管道部件排至雨水检查井的排水系统。从水力学的角度来分类，可分为重力流和压力流虹吸式屋面

2、雨水排水系统两类。目前，我国的屋面雨水排水系统多按重力流设计，该系统采用重力式雨水斗，雨水斗的排水状况是自由堰流，流入雨水斗的雨水掺入空气，形成水气混合流，雨水斗的设计流量较小。近十年来，随着国内经济的快速发展及人们对建筑空间要求的不断提高，常规的重力流屋面雨水排水系统已很难满足要求，虹吸式屋面雨水排水系统逐渐得到了广泛的应用，比如上海世博会主题馆、浦东国际机场航站楼、首都机场T3A航站楼以及部分核电厂的常规岛主厂房等大面积、大跨度工业厂房与公共建筑物的屋面雨水排水采用的都是虹吸式屋面雨水排水系统。　　2虹吸式屋面雨水排水系统的工作原理和特点　　虹吸式屋面雨水排放系统是利用虹

3、吸原理，在降雨过程中，当屋面积水达到一定高度时，雨水通过能有效防漩涡的虹吸式雨水斗进入管道，该雨水斗能极大地减少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，利用建筑物的高度和落水具有的势能，在管道中形成局部真空（负压），使雨水斗及水平管内的水流获得附加的压力，即利用虹吸作用加快水流在排水管道内的流动，从而快速排出屋面雨水。　　2.1虹吸式系统的工作原理　　压力流虹吸式屋面雨水排水系统的计算基础是不可压缩流体的能量守衡定律——伯努利方程。虹吸式雨水排水系统水力分析（系统排出管为自由出流）如图1，系统的最高处B-B断面为屋面雨水斗进水口，X-X断面为计算断面，

4、可定在系统任意高度处，系统的最低处A-A断面为排出管出水口。　　　　图1虹吸式屋面雨水排水系统　　从而列出B-B和X-X断面的伯努利方程，hj(BX)、hy(BX)分别为雨水斗B-B断面到X-X计算断面的总局部水头损失和总沿程水头损失，见式（1）：　　式（1）　　由于上式中，PB=0，VB=0，PX为管道X断面处的压力水头，令h=H－hX，代入式（1）得：　　式（2）　　式（2）是计算管道中任一断面处压力水头的基本公式，它的物理意义是管道中任一点的压力水头等于该点与雨水斗的高度差减去该点的速度水头、雨水斗到计算断面的总的局部水头损失和总的沿程水头损失。如果式（2）算得的结果P

5、X＞0，则管道内为正压；PX＜0，则管道内为负压。　　2.2虹吸式系统的压力分析　　为了进一步分析雨水系统的压力水头的变化，下面以虹吸式雨水系统的主管道为分析对象，以雨水斗为起点，雨水检查井为终点，管道沿程长度为横坐标，管道内的流体的压力水头为纵坐标，绘制出如下所示的压力水头变化示意图。　　　　图2虹吸式屋面雨水排水系统压力水头分析　　以雨水斗及其连接管（1~3段）为分析对象，当虹吸式雨水系统在设计工况运行时，在雨水斗的连接管上，由于一般的虹吸式雨水斗的局部水头损失hj(BX)都较大，加上雨水斗的出水管较细，管内流速较快，则速度水头Vx2/2g较大，而系统的可利用的水头h不大

6、，通过式（2）计算可知，雨水斗前通常有较小的压力水头，在雨水斗连接管上通常呈较小的负压；　　以雨水悬吊管（3~4段）为分析对象，随着计算断面X沿水平悬吊管由雨水斗一侧向雨水立管一侧偏移，由于虹吸式系统的雨水悬吊管为水平安装，因此在该计算管段内，可利用的水头维持h不变，管道内的沿程水头损失hy(BX)增加，速度水头变化不大，则按式（2）计算可得，管内负压将不断增大的，并在其与立管的交叉处负压达到最大；　　以雨水立管（4~5段）为分析对象，从立管与悬吊管的交叉点向下，可利用的水头h迅速增加，大大超过因管道长度增加而增加的沿程水头损失，而速度水头和总的局部水头保持不变，通过式（2）

7、计算可知，立管内的负压值将减少至零，继而出现逐渐增加的正压值，在立管底部正压值达到最大值；　　以雨水排出管（5~6段）为分析对象，压力水头在该管段内将逐渐被消耗，至排水井处与大气相通，管道的压力水头降为零，雨水斗的进水水面至排出口的总高度差，即有效作用水头，全部用尽。为了保证系统的可靠运行以及便于后续对设计的修改，一般保留系统有一定的余量，而不是把压力水头耗尽。　　2.3虹吸式系统的特点和优势　　与传统的重力流屋面雨水排水系统相比，虹吸式屋面雨水排水系统具有以下特点和优势：　　1、虹吸式系统内呈负压状态