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建筑排水管件结构形状的改进对系统水流形态及水力学性能的影响

建筑排水系统管道内的流体是一种近似气液两相流的混合介质。如何控制这两种介质在管道内的流动形态和分布状况,在有限的管道截面内以尽可能大的液体流量、尽可能小的系统压力波动确保排水器具的水封稳定性,是从事建筑排水研究的人员一直探索的课题。
当住宅卫生间排水横支管内水流经排水管件汇入排水立管时(如图1),在立管与横支管汇合处会形成较大的水流团,这个水流团几乎封闭了排水立管横截面,形成了上下两个管段的负压区和正压区,随着水流沿立管下落,由于管壁摩擦阻力的作用,靠近管壁的水流速度逐步降低,直至形成附壁水膜流,立管中心形成空气通道。
分析上述排水立管水流下落时水流形态的变化过程,可以看出:引起排水立管内压力波动的主要原因是横支管排水时,立管与横支管汇合处会形成的水流团的“活塞”作用阻隔了立管内气流的自由对流,使管腔内水流团下方的空气向下移动受到压缩,水流团上方的空气得不到及时补充形成负压。楼层卫生间横支管水流的交替汇入排水立管的水流团作用,使整个排水系统处于压力波动状态,立管中上部往往呈负压状态,下部管中呈正压状态。这种压力波动较大时,负压区楼层会出现水封因负压抽吸而遭破坏,正压区楼层会出现水封因正压喷溅而遭破坏。
从排水立管中水流形态的分布看,当横支管排水时,立管与横支管汇合处的水流往往呈“水舌”状。如图2所示实拍照片,按照目前常用的45°三通管件,当横支管水流呈半管流(50%充满度)时,流入排水立管的“水舌”几乎完全覆盖封堵住了立管管腔横截面,造成立管内气体流动被阻隔。因此,横支管水流进入排水立管的水流形态是影响整个排水系统气压波动的关键....

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