雨水排水系统中的水气流动规律ppt课件.pps
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1、回到本章目录回到总目录 第6章 建筑屋面雨水排水系统6.2雨水内排水系统中的水气流动规律雨水内排水系统中的水气流动规律回到本章目录回到总目录6.2雨水内排水系统中的水气流动规律6.2.1 单斗雨水系统 雨水从屋面流入雨水斗用管道输送到雨水井或地面,其间没有能量输入,水体的这种流动通常称为重力流动重力流动。屋面雨水进入雨水斗时,会挟带一部分空气进入雨水管道,所以,雨水管道中泄流的是水水、气气两种介质。回到本章目录回到总目录6.2雨水内排水系统中的水气流动规律6.2.1 单斗雨水系统这些变化受到天沟距埋地管的位置高度位置高度H、天沟水深天沟水深h、悬吊管悬吊管的管径的管径、长度长度、坡度坡度及立管
2、管径立管管径等诸多因素的影响。其变化规律是合理设计雨水排水系统的依据。降雨历时、汇水面积降雨历时、汇水面积和天沟水深天沟水深影响了雨水斗斗前的水面深度h,雨水斗斗前水面深度又决定了进气口的大小和进入雨水管道的相对空气量的多少,进入雨水管道的相对空气量的多少直接影响管道内的压力波动和水流状态,随着雨水斗斗前水深h的不断增加,输水管道中会出现重力无压流重力无压流、重力半有压流重力半有压流和压力流(虹吸流)压力流(虹吸流)三种流态。回到本章目录回到总目录6.2雨水内排水系统中的水气流动规律6.2.1 单斗雨水系统降雨开始后,降落到屋面的雨水沿屋面径流到天沟,再沿天沟流到雨水斗。随降雨历时的延长,雨水
3、斗斗前水深不断增加,见图6.2.1。图6-6“”雨雨水斗前水流状态图6-6 雨水前水流状态回到本章目录回到总目录6.2雨水内排水系统中的水气流动规律6.2.1 单斗雨水系统进气口不断减小,系统的泄流量Q、压力P和掺气比K随之发生变化,见图6-7。掺气比是指进入雨水斗的空气量与雨水量的比值。图6-7图6-7回到本章目录回到总目录6.2雨水内排水系统中的水气流动规律6.2.1 单斗雨水系统 在初始阶段,降雨刚刚开始,只有少部分汇水面积上的雨水汇集到雨水斗,天沟水深较浅。随着汇水面积的增加,天沟水深增加较快,雨水斗泄流量也增加较快。但泄流量和水深的增长速度变缓。1.1.初始阶段初始阶段初始阶段初始阶
4、段(0t0tt tA A,1/3)1/3)雨水斗和连接管雨水斗和连接管按降雨历时t,系统的泄流状态可分为三个阶段:降雨开始到掺气降雨开始到掺气比最大的初始阶段比最大的初始阶段(0ttA),掺气比最大到掺气比为零的过渡阶段掺气比最大到掺气比为零的过渡阶段(tAttB)和不掺气的饱和阶段不掺气的饱和阶段(t tB)。回到本章目录回到总目录6.2雨水内排水系统中的水气流动规律6.2.1 单斗雨水系统在这一阶段,因天沟水深较浅,雨水斗大部分暴露在大气中,雨水斗斗前水面稳定,进气面积大,而泄水量较小,所以掺气比急剧上升,到tA时达到最大,见图6-6.a.因泄水量较小,充水率1/3,雨水在连接管内呈附壁流
5、或膜流,管中心空气畅通,管内压力很小且变化缓慢,约等于大气压力。雨水由连接管进入悬吊管后,因泄水量较小,管内是充满度很小(h/D0.37)的非满流,呈现有自由水面的波浪流、脉动流、拉拨流,水面上的空气经连接管和雨水斗与大气自由流通,悬吊管内压力变化很小。悬吊管与立管悬吊管与立管回到本章目录回到总目录6.2雨水内排水系统中的水气流动规律6.2.1 单斗雨水系统 立管管径与连接管管径相同,立管内也是附壁水膜流。因立管内雨水流速大于悬吊管内的流速,雨水会挟带一部分空气向下流动,其空间会由经雨水斗、连接管、悬吊管来的空气来补充,所以,立管内压力变化也很小。因泄水量与悬吊管相同,排出管和埋地干管内的流态
6、与悬吊管相似,也是充满度很小有自由水面的波浪流、脉动流,系统内压力变化很小。埋地干管埋地干管回到本章目录回到总目录6.2雨水内排水系统中的水气流动规律6.2.1 单斗雨水系统 由以上分析可以看出,单斗雨水系统的初始阶段,雨水排水系统的泄流量小,管内气流畅通,压力稳定,雨水靠重力流动,是水气两相重力无压流。在过渡阶段,随着汇水面积增加,雨水斗斗前水深逐渐增加,因泄流量随水深增加而加大,所以这个阶段水深增加缓慢,近似呈线性关系。2.2.过渡阶段过渡阶段过渡阶段过渡阶段(t tA Attt tB B ,1/31/31 1)雨水斗和连接管雨水斗和连接管回到本章目录回到总目录6.2雨水内排水系统中的水气
7、流动规律6.2.1 单斗雨水系统 因泄流量逐渐增加,管内充水率增加,而管道断面积固定不变,所以,泄流量的增长速率越来越小。因大气压力、地球引力和地球自转切力的共同作用,当天沟的水深达到一定高度时,在雨水斗上方,会自然生成漏斗状的立轴旋涡,雨水斗斗前水面波动大。见图6-6b。随着雨水斗前水位的上升,漏斗逐渐变浅,旋涡逐渐收缩,雨水斗进气面积和掺气量逐渐减小,而泄流量增加,所以掺气比急剧下降,到tB时掺气比为零。因泄水量增加和掺气量减少,管内频繁形成水塞,出现负压抽力,管内压力增加较快。回到本章目录回到总目录6.2雨水内排水系统中的水气流动规律6.2.1 单斗雨水系统 连接管内频繁形成水塞的气水混
8、合流进入悬吊管后流速减小,雨水与挟带的空气充分混合,形成没有自由水面的满管气泡流、满管气水乳化流,管内压力波动大。悬吊管与立管悬吊管与立管 悬吊管的水头损失迅速增加,因可利用的水头几乎不变,所以,管内负压不断增大。由单斗雨水系统压力实测资料可得单斗雨水排水系统管内压力分布示意图。见图6-8。回到本章目录回到总目录6.2雨水内排水系统中的水气流动规律6.2.1 单斗雨水系统 从中可以得出,悬吊管起端呈正压,悬吊管末端和立管的上部呈负压,在悬吊管末端与立管连接处负压最大。上部形成负压上部形成负压图6-8 单斗系统管内压力分布示意图 下部形成正压下部形成正压回到本章目录回到总目录6.2雨水内排水系统
9、中的水气流动规律6.2.1 单斗雨水系统 气水混合物流入立管后,由横向流动变成竖向流动,流速增加,但不足部分不能由空气来补充。为达到平衡,抽吸悬吊管内的水流,水气紊流混合。形成水塞流、气泡流、气水乳化流。随着水流沿立管向下流动,可利用的水头迅速增加,立管内的负压值迅速减小,至某一高度时压力为零。再向下管内压力为正,压力变化曲线近似呈线性关系,其斜率随泄流量增加而减小,零压点随泄流量增加而上移,满流时零压点的位置最高。回到本章目录回到总目录 高速挟气水流进入密闭系统的埋地管后,流速急骤减小,其动能大部分用于克服水流沿程阻力、转变为水壅,形成水跃,水流波动剧烈,是使立管下半部产生正压的主要原因。水
10、中挟带的气体随水流向前运动的同时,受浮力作用作垂直运动扰动水流,使水流掺气现象激烈,形成满管的气水乳化流,导致水流阻力和能量损失增加。6.2雨水内排水系统中的水气流动规律6.2.1 单斗雨水系统 埋地干管埋地干管 因横干管内的流速比立管流速小,水气在立管下部进行剧烈的能量交换,水气完全混合,所以立管底部正压力达到最大值。回到本章目录回到总目录6.2雨水内排水系统中的水气流动规律6.2.1 单斗雨水系统 水流在埋地横管内向前流动过程中,水中气泡的能量减小,逐渐从水中分离出来,聚积在管道断面上部形成气室,并具有压力作用在管道内雨水液面上。虽然气室占据了一定的管道断面积,使管道过水断面减小,但同时有
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