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论文--“管道及配件阻力系数的取值对虹吸排水系统计算结果的影响”

时间:2010-11-4 23:09:49   来源:  点击次数:3800

管道及配件阻力系数的取值对虹吸排水系统计算结果的影响
 
赵力军1   Goh(吴俊汐)2   艾旭3    廖国健3
(1.广州市设计院  2.Fast Flow LTD   3.捷流技术工程(广州)有限公司) 
 
摘要:
随着虹吸排水系统在国内建筑行业内的广泛应用,众多虹吸排水系统厂商应运而生,同时带来一些问题及思考。其中虹吸系统应用的管材种类及配件的规格繁多,其阻力系数的确立及使用会对系统设计的成败造成一定影响。目前,大多数计算为图方便或缺少实测数据往往只采用教科书上提供的经验常数,从而导致计算结果与实际情况产生偏差。因此,除了计算公式及软件模型的建立外,所使用材料及配件的实测阻力系数也是决定虹吸系统计算结果是否准确可靠的一个关键因素。
 
关键词:阻力系数,沿程水头损失,局部水头损失,虹吸,伯努利方程
 
1.   虹吸排水系统设计计算的原理
虹吸雨水排水系统的设计是以满管流作为理论基础,使用流体不可压缩的能量守衡定律伯努利方程进行系统设计计算,利用建筑高度为有效工作水头,雨水通过排水管道排水产生压力在立管段产生负压带动整个系统持续排水。如下面的伯努利方程计算所示,方程中压力和水头损失两大因素为未知数,而水头损失中包含沿程损失和局部损失两方面因素。
伯努利方程: 
2.   水头损失的计算
按既定的设计排水量为条件设计虹吸雨水排水系统的管径,需要明确计算出系统中沿程损失及局部损失,沿程水头损失计算公式与局部水头损失计算公式(如公式1和2所示)。计算的关键在于 和 的数据,这可从国家现行规范及技术手册中查得一般管道材质的摩阻系数和简单的局部阻力系数。
公式1:  ;        公式2: ;
3.   阻力系数的常规取值
管道系统中的阻力系数包含管道的摩阻系数和配件的局部阻力系数。目前设计采用的虹吸雨水排水管材及管件五花八门,除个别厂家可提供专用的虹吸雨水排水管材及配件外,大多数都采用其它管材及配件来替代。现行标准或规范中对这些种类繁多的不同排水管材的摩阻系数和配件的局部阻力系数多为一笔带过,只在设计技术手册中略为提供一部分数据供参考。
4.   阻力系数的正确取值
虹吸雨水排水系统的设计依据为不可压缩流体的伯努利方程,精确阻力系数的使用是系统设计成败的关键因数之一。从设计技术手册及规范获得的部分阻力系数值,只能用于一般的粗略计算,虹吸供应商使用的所有管道及配件的实测阻力系数才可作为深化设计计算的依据。
5.   计算结果差异的实例
要使虹吸雨水排水系统设计计算安全可靠,则需要强而有力的数据作后盾支持。阻力系数的正确使用在虹吸系统中的重要性体现在每个节点的计算,阻力系数稍有不正确,各节点累计偏差的传递会影响系统最终的效果。以下列出的例子可说明选用不同的异阻力参数,经计算后两系统的工况将会出现截然不同的结果。
6.   结论
现国内正兴起建筑屋面虹吸雨水排水技术的应用。若虹吸厂家的系统设计中未能提供准确的阻力参数及可靠的依据的话,则其使用管道及配件的阻力参数的可靠性存在着质疑。
综上所述,虹吸雨水排水系统应用的管材及管件是多样性的,依据系统设计的特点及精确要求,使用的阻力参数必须可靠并准确。在虹吸系统设计计算的过程中,通过大量的实验测量获得准确的管道及配件阻力数据是最基础的工作之一,这个工作繁复、耗时和耗资巨大,有没有做这样细致的基础工作是衡量一个设计是否可靠的非常关键的依据之一。
 
参考文献:
1.      《给水排水设计手册》第1册常用资料第二版,中国市政工程西南设计研究院主编,中国建筑工业出版社;
2.      《虹吸式屋面雨水排水系统技术规程》CECS 183:2005,同济大学建筑设计研究院主编,中国计划出版社;
3.      《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003版,上海现代建筑设计(集团)有限公司主编,中国计划出版社
4.       作者:伍悦滨 王芳,《工程流体力学》(水力学),中国建筑工业出版社;
 
 
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