室内消火栓与孔板组合局部阻力系数的测定

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1、室内消火栓与孔板组合局部阻力系数的测定摘要：近年来出现了一种新的消火栓减压孔板安装方式，即将孔板安装在与消火栓出水端相连接的固定接口内。为准确获取消火栓与孔板组合局部阻力系数ξ做了试验，并就其应用进行了讨论。关键词：室内消火栓减压孔板MeasurementofLocalResistanceCoefficientofIndoorPa的消火栓处应设置减压设施。目前主要的减压设施是采用减压孔板。以往的减压孔板是设置在消火栓前的直管段上，近年来出现了一种新的孔板安装方式，即将孔板安装在与消火栓出水端相连接的固定接口内(见图1)。这种安装方式已得到了消防主

2、管部门的认可，并通过几年的工程实践证明是可行的。这种安装方式较直管段上法兰夹孔板的安装方式有以下几个优点：第一、不必为孔板单独配置法兰及其它紧固件，安装十分简便；第二、在消火栓口可直接测量孔板的孔径，给工程验收和定期检测带来极大方便；第三、孔板不再长期浸泡于水中，减轻了水对孔板的锈蚀。众所周知，现在使用的孔板水头损失计算公式是直管段上的孔板公式。它是1984年规范组在众多的公式中经过反复计算和比较最终确定选用的，并没有做过专门的试验加以验证，多少显得根据不足。另外，根据水力学的理论，两个局部阻力件的安装间距小于其局部阻力影响长度时，两件间将出现水

3、流状态的相互影响。其组合后的水头损失不再等于它们分别水头损失之和，一般是0.5～3倍的分水头损失之和。因此不能简单地将消火栓与孔板组合局部阻力系数ξ取值为消火栓局部阻力系数ξ栓和孔板局部阻力系数ξ孔之和。图1　减压孔板安装图　　在消防给水系统中所用的减压孔板均为标准孔板，这种孔板单侧倒角，即孔口在水流进口方向是圆柱形，在水流出口方向是扩散圆锥形。这样的孔板要求加工精度高，安装又有方向性，容易装错。为了使加工、安装简便易行，我们此次试验所用孔板改成直通孔、不倒角，用4mm厚的铜板加工而成(如图2所示)，并将在国标图中推荐使用此类孔板。图2　减压孔板

4、　　综合上述情况，为了准确地获取消火栓与孔板组合局部阻力系数ξ，以备编入国家建筑标准设计图集，方便设计人员正确选用，我们决定采用试验的手段直接测定，并委托中国水利水电科学研究院冷却水所对此进行了测定。2　试验的原理、装置及内容2.1　试验原理　　本次试验参照《室内消火栓》国家标准(GB3445-93)中第5.8条的规定进行，受试件(消火栓)前后测压断面距其中心均应为5D(D为直管内径)，如图3，采用压差计测量受试件前后的压力差(即水头损失)。但加上孔板后水头损失很大，因而没有现成的量程合适的压差计。在经过仔细分析后，决定在消火栓出口后不设喷枪，将

5、出水管在距消火栓中心5D处截断，让水自由出流，如图4所示。这样就将试验装置由测压差改成测阀前水压。下面对图4中1-1，2-2断面列伯努力方程，得到：图3　消火栓检测装置示意图图4　试验装置示意图Z1+P1/γ+v12/2g=Z2+P2/γ+v22/2g+ΣΔHPa、1.0MPa两种。2.3　试验内容　　受试消火栓为SN50和SN65的直角单阀单出口型室内消火栓。选取受试孔板共13块，为寻求局部阻力系数ξ与相对孔径β(相对孔径β=d/D,d为孔板孔径，D为消火栓管内径)的关系，对SN50和SN65两种口径的消火栓配置β值相近的孔板。β值具体取为：0

6、.24、0.27、0.30、0.34、0.43、0.50、0.58，因此共进行13个不同组次试验，以每组平均7个雷诺数(Re)的不同工况计，共需完成近100个不同工况试验。为了考查试验的重复性和纠正个别不妥的数据，研究中还进行了多次重复试验。全部试验实际完成约30组次，210个工况，共采集数据700余个。　　另外，因分析试验成果需要，对SN50及SN65消火栓做了局部阻力系数ξ栓的测试。3　试验数据分析3.1　数据整理过程　　试验中实测数据共5种：管道实际内径D；孔板孔径d；流量Q；阀前压力P表和水温t。　　推算过程如下：(1)用分辨率0.02m

7、m的游标卡尺对一个断面的不同角度测3～5次，取算术平均值得出D和d，然后算出相对孔径β=d/D。(2)根据实测Q和D算出管内实际流速v=4Q/πD2。(3)根据实测t查出相应的运动粘度ν，然后算出雷诺数Re=v*D/ν。(4)根据实测t查出相应的水的重度γ，然后算出该工况下的消火栓与孔板组合局部阻力系数ξi=(P表/γ)/(v2/2g)。(5)以同一管径D和孔径d为一组，绘出ξi～Re关系曲线。找出不少于3个处于阻力平方区的ξi值进行统计计算，得出该组的消火栓与孔板组合局部阻力系数ξ值(详见图6)。(6)用13组不同的ξ值，通过数理统计方法找出ξ

8、与β间的关系式(见图7)。图6　ξ～Re关系曲线图7　ξ～β关系曲线3.2　消火栓的水头损失及局部阻力系数ξ栓　　(1)部分实测数据见表