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建筑内部排水系统中是水、气、固三种介质的复杂运动。其中固体物较少,可以简化为水气两相流。其特点为:水量气压变化幅度大流速变化剧烈事故危害大排水系统基本要求:1.系统能迅速通畅地将污废水排到室外;2.排水管道系统气压稳定,有毒有害气体不进入室内,保持室内环境卫生;3.管线布置合理,简短顺直,工程价低。排水管道的组合类型1、单立管系统a无通气立管的单立管排水系统b有通气立管的单立管排水系统c特制配件的单立管排水系统2、双立管系统3、三立管系统排气管系中水气流动的物理现象1、水封的作用及其破坏原因水封的作用利用一定高度的静水压力来抵抗排水管内气压变化,防止管内臭气和有毒、有害气体进入室内。水封的破坏及其原因因静态和动态原因造成存水弯内水封高度减少,不足以抵抗管道内允许的压力变化值时,管道内的气体进入室内的现象叫作水封破坏。(1)负压抽吸(2)正压喷溅(3)自虹吸现象(4)静态原因2、横管内的水流状态能量转换:竖直下落的污水具有较大的动能,进入横管后,由于改变流动方向,流速减小,转化为具有一定水深的横向流动。水流状态a)急流段b)水跃及跃后段c)衰减段a.急流段水流速度大,水深较浅,冲刷能力强。b.急流段末端由于管壁阻力使流速减小,水深增加形成水跃。c.在水流继续向前运动中,由于管壁阻力,能量逐渐减小,水深逐渐减小,趋于均匀流。横管内的压力变化竖直下落的大量污水进入横管形成水跃,管内水位骤然上升,以至于充满整个管道断面,使水流中挟带的气体不能自由流动,短时间内横管中压力突然增加。3、立管内的水流状态立管内水流呈竖直下落流动状态,水流能量转换和管内压力变化很剧烈。排水立管的水流特点(1)断续的非均匀流(2)水气两相流(3)管内压力变化水流流动状态通过实验发现,随着流量的不断增加,立管中水流状态主要经过3个阶段:A.附壁螺旋流B.水膜流C.水塞流A.附壁螺旋流(充水率ωt/ωj≤1/4)特点:a)水流沿管壁周边向下作螺旋运动;b)水流挟气作用不显著,管内气压稳定。B.水膜流(1/4≤ωt/ωj≤1/3)特点:a)水流沿管壁周边作下落运动,形成有一定厚度的带有横向隔膜的附壁环状水膜流;b)横向隔膜厚度薄不稳定,易被管内气流冲破,管内气压波动不大,不会造成水封的破坏。C.水塞流(ωt/ωj≥1/3)特点:a)水膜厚度增加,横向隔膜形成频繁,有水塞形成;b)管内气压波动大,造成水封的破坏。结论:在同时考虑排水系统安全可靠和经济合理的情况下,排水系统内的最佳水流状态应为水膜流状态。此时既可保证一定的排水负荷,又能维持管内气压稳定,使管内水流畅通。建筑内部排水系统中两个最重要的问题:a.确保立管内通水能力;b.防止水封破坏。这两个问题都与立管内压力有关当排水立管内采取一些增阻消能措施,减小水流下降速度,一方面可以减小立管内的负压,防止水封破坏,另一方面可以增加水膜厚度,增大了通水能力,常见的措施有:a.增加管内壁粗糙高度Kp,使水膜与管壁间的界面力增加,减小水流下降速度。b.立管上隔一定距离设乙字弯(5-6层)消能,有实验表明可以减小流速50%左右。c.利用横支管与立管连接处的特殊构造,发生溅水现象,使下落水流与空气混合,形成密度小的水沫状水气混合物,减小下降速度。d.使由横支管排出的水流沿切线方向进入立管,在重力与离心力共同作用和管壁的限定下,水流旋转而下,其垂直方向的下落速度大幅度降低。e.对立管内壁作特殊处理,增加水与管壁间的附着力。苏维托单立管排水系统是用一种气水混合和气水分离的配件来代替一般零件的单立管排水系统,包括气水混合器和气水分离器两个连接配件,如图。苏维托单立管排水系统图(1)气水混合器气水混合器是一个长约800mm的连接配件,装设在立管与每层横支管的连接处,作用是改善排水立管内的水流状态,减轻污水横支管水流对立管内水流状态的影响。混合器内部有三个特殊结构:乙字管、隔板和隔板上部的孔隙。乙字管的作用是控制立管水流的速度;隔板使立管水流和横管水流在各自间隔内流动,避免互相冲击和干扰;而隔板上的孔隙,可以流通空气,平衡立管和横管的压力,防止虹吸现象。(2)气水分离器气水分离器是设在排水立管最下部的配件。分离器内有一凸块,沿立管流下的气水混合物遇到凸块后被溅散,大约有70%的气体就会从水中分离出来,气体从跑气管排出,释放气体后污水的体积减小,流速降低,使立管与横干管的泄流能力基本达到平衡。分离出来的气体经跑气管引到横干管的下游,或者反向接人上部立管中去,这样就可以防止立管底部产生过大的正压。苏维托系统由于采用了单管,与设有排水立管和通气管的双管排水系统相比,可少占建筑面积,并可