屋面雨水排水系统两相流技术研究

《屋面雨水排水系统两相流技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、WATER&WASTEWATERENGINEERING屋面雨水排水系统两相流技术研究11,2赵雨舟黄晓家(1中国中元国际工程公司(中元国际工程设计研究院),北京100089;2南华大学城市建设学院,衡阳421001)摘要根据我国屋面雨水排水课题组20世纪60年代和70～80年代的试验现象和数据,进一步阐述雨水斗水流掺气和屋面雨水排水系统的气液两相流现象,归纳提出两相流的雨水斗、短立管、悬吊管、立管和排出管的计算公式。并以重力流,两相流,满管流(压力流)三种不同理论为依据,对同一工程进行工程技术经济比较,得出两相流屋面雨水排

2、水系统最节材。关键词雨水斗水流掺气水气两相流体质量流量节材0前言鉴于20世纪50年代我国屋面雨水出现的问国内许多20世纪50年代建成的工业厂房,屋题,从60年代初期起,国内有关部门开始重视屋面面雨水内排水系统在雨季时,厂房内部雨水检查井雨水排水的研究,1962～1966年第一次以清华大时常发生冒水或屋面雨水通过天窗翻入厂房的事学、机械工业部第一设计院、建工部北京工业设计院[1～4]故,造成这些问题的原因,除一些因施工及管理组成屋面雨水排水系统课题组。其后国家建委[74]维修不善外,主要是屋面雨水排水系统的设计原理建发科字第

3、236号文《关于发送1974—1975年全国及方法与客观规律不尽相符。工程建设科学技术发展计划草案的通知》中第21项自20世纪60年代初期起,一些设计部门及高列入本研究课题,第二次由清华大学、机械工业部第等院校对屋面雨水排水进行了多种试验研究,相继一设计院(1980年后转交机械工业部设计研究总院)、提出各种理论,归结起来,屋面雨水排水系统有三种机械工业部第八设计研究院(2年后第八设计研究院设计理论和方法:①水一相完全重力流(简称重力退出科研组)3家参加,共同组成第二次屋面雨水排流),其论点是雨水管道中的水不掺气,在其本身重

4、力水系统科研课题组,建立了以下三套试验模型:作用下运动,设计理论完全按照建筑物污水排水理论(1)多斗架空系统试验小模型。该模型试验主进行。②水一相压力流(简称虹吸流或满管流),其论要是测试架空系统的水流工况及水流运动参数。点是雨水排水管道中的水体不掺空气,并受到架空管(2)单斗多立管埋地管试验小模型。该模型试道产生的负压抽吸作用,水体受抽吸(虹吸)作用运验主要是测试埋地管系统的水流工况、水流运动参动。③屋面雨水斗掺气,掺气量随着斗前水深的变化数及寻找检查井冒水原因。而变化,架空管道内存在负压抽吸作用,排水按照气(3)高低跨

5、系统试验大模型。该模型是按照全[4]液两相流的理论进行流量计算。前两种理论引导尺寸模仿厂房屋面雨水排水系统,主要是作为验证[5]出来的设计计算方法已被列入我国技术法规,第三小模型根据水力工况推导的计算式是否可以外延用[6]种理论的某些成果列入我国的技术法规,但其理论于工程设计,也就是验证计算式的准确性、合理性和基础和试验成果并不为大多数同行所熟悉。可靠性。本文主要阐述屋面雨水排水系统的气液两相流课题组的试验工作一直持续到1982年,然后转的试验现象和理论,根据当年的试验数据,进一步推入有关数据的整理和计算公式的推导阶段,在

6、1986导计算公式,同时对三种屋面雨水排水系统进行技年下半年提出了《屋面雨水排水问题的研究总结报术经济比较,供同行参考。告》。笔者曾先后两次参加该科研组的试验工作,获1试验情况及计算式推导得了试验情况的第一手资料并参与了编写总结报告1.1组建科研组工作。86给水排水Vol.33No.92007WATER&WASTEWATERENGINEERING1.2试验现象描述所有的计算式的推导均采用小模型测得的流体大量的试验表明,在试验设计雨水斗的情况下,工况和数据求得的计算式,再用大模型系统实测数试验现象规律一致。据对该计算式进行验

7、证。大小模型之间并不存在力(1)掺气。雨水经雨水斗流入管系时,在流量学相似关系,验证结果其相关系数应在0.9～1.1,超过管系完全重力流,但未达到管系临界流量(即系表明这些计算式可以外延用于工程设计。统达到满管流或者压力流)时,产生水流掺气而形成1.4雨水斗水气两相流的流体。雨水斗是屋面雨水进入排水管道的唯一进水(2)压力。整个管系压力值分布情况表明,在口,具有泄水、稳定天沟水位、减少掺气量及阻拦杂管系上部(包括雨水斗、连接管、悬吊管和立管上部)物进入管道等作用,为雨水排水系统的重要组成部为负压区,管系下部(包括立管下部、

8、排出管)为正压件。试验组曾做过多种雨水斗造型的试验,也做过区,在立管中部正、负压力交界的压力零点位置随掺有斗及无斗的对比试验,各自的水流特征不同。有气水流的流量及管系不同而变化和漂移。雨水斗时,天沟水位稳定,水面的旋涡较小,水位波(3)能量。掺气水流在管系中运动,产生能量动幅度10～20mm,掺气量少;