浅析尾管(连接管)选型对虹吸系统运行的影响因素探讨

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1、浅析尾管(连接管)选型对虹吸系统运行的影响因素探讨：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　　AnalysisoftheTailTube(Pipe)SelectionofSiphonSystemAffectingFactors　　PanHao1,HUANGXiao-jia2,3

2、　　（CollegeofCityConstruction,UniversityofSouthChina,HengYang421001;ChinaIPPREnginceringCorporation;Beijing100089;CollegeofCityConstruction,UniversityofSouthChina,HengYang,421001)　　Abstract:Ourcountrysincenieeneightiesbegantointroducetheuseofsiphontypesystem,especiallyafterenteri

3、ngtinalbuilding,exhibitionhall,sandotherlargespanandplicatedstructure,roof,thenthemajorityofengineeringandtechnicalpersonnelgraduallyin-depthstudy,thesiphonsystemdesignessentialfactorspreadouttodiscussextensivelyinengineeringapplications,manyareashaveamorematuretheoryandexperien

4、ceon.　　Key;influencefactors;numericalsimulation　　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

5、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

6、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

7、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，为凸显其经济优越性，悬吊管一般连接数量较多的雨水斗，以节省立管数量，工程实践表明，悬吊管长度最高可达150m，因此悬吊管能否迅速而便捷的实现满管流态，关系到整个系统的安全有效运行。悬吊管的填充速度和水平取决于尾管泄流而来的雨水流量，因此尾管能否正常形成最小虹吸流量，是整个虹吸系统设计关键中的关键。　　1.2系统流态的水力学分析　　关于虹吸式雨水系统的虹吸启动原理，工程技术人员意见不一，但笔者发现多数研究工倾向于水跃机理，本文综合水力学关

8、于水跃基本概念，对悬吊管满管流的形成过程进行粗略的分析。　　1.2.1水跃　　水跃是水流从急流