第5章-建筑內(nèi)部的排水系統(tǒng)

第5章建筑內(nèi)部的排水系統(tǒng)5-1排水系統(tǒng)的分類和組成一.污水管道分類1.生活排水2.工業(yè)廢水3.雨排水合流制：將上述三類污廢水中的兩類或三類統(tǒng)一用一套管道系統(tǒng)排出。分流制：分別設(shè)置管道系統(tǒng)排出二.建筑內(nèi)排水系統(tǒng)組成衛(wèi)生器具或生產(chǎn)設(shè)備受水口排水管系衛(wèi)生器具排水管；橫支管；立管；總干管；出戶管3.通氣管系通氣管系作用：向排水管內(nèi)補給空氣，水流暢通，減小氣壓變化幅度，防止水封破壞排出臭氣和有害氣體使管內(nèi)有新鮮空氣流動，減少廢氣對管道的銹蝕通氣管形式伸頂通氣離出屋面0.3m管徑：北方比立管大一號南方比立管小一號專用通氣管(管徑比最底層立管管徑小一級)當立管設(shè)計流量大于臨界流量時設(shè)置，且每隔二層與立管相同結(jié)合通氣管(不小于所連接的較小一根立管管徑)10層以上的建筑每隔6~8層設(shè)結(jié)合通氣管，連續(xù)排水立管及通氣管環(huán)形通氣管(管徑見p105表6-1)橫支管連接6個以上的便器，橫支管連接4個以上的衛(wèi)生器具且管道長度大于12m時設(shè)置。安全通氣管橫支管連接衛(wèi)生器具較多且管線較長時設(shè)置衛(wèi)生器具通氣管衛(wèi)生標準及控制噪音要求高的排水系統(tǒng)。4.清通設(shè)備檢查口：立管上，距地面1.0m，隔10m設(shè)置，頂、底層設(shè)。清掃口：橫管，隔一定間距清通用5.抽升系統(tǒng)6.室外排水管道：室外第一個檢查井至城市下水道之間管道。7.污水局部處理構(gòu)筑物。5-2排水管系中的水氣流動的物理現(xiàn)象一.水封及水封破壞二.排水橫管中的水、氣流動水流流態(tài)和基本特征圖5-1橫支管內(nèi)壓力變化1.沖激流水流特點：歷時短，流速大，來勢猛，尤其是大變器的支管上更明顯?，F(xiàn)象：形成水躍，使水面壅起，短時間充滿管道斷面，流速增加，動能亦增加。這種不穩(wěn)定的非均勻流——沖激流。一定時間后水面下降，流速下降。結(jié)論：沖激流雖然在短時間內(nèi)形成高峰流量，但由于設(shè)計充滿度的考慮，使管道有足夠的空間容納高峰流量，且v↑，故不會冒水。沖激流以較高的流速沖刷沉積物，有利于排水支管的排水功能。2.壓力變化a.橫支管排水管——非滿流，給空氣留有自由空間，沖激流狀態(tài)下，排水點處形成水塞，使空氣不能自由流動，引起壓力波動，如：①B點大量排水，形成水塞，充滿管道，AB管段氣體受到壓縮，壓力升高，正壓，BD段氣體受壓縮，形成正壓，使存水彎中水層上升直至破壞，稱正壓噴濺。②隨水流排出，AB管空氣隨水流流走，且由空間增大而變擴疏，形成負壓，抽吸A存水彎中的水層，使之下降，甚至全部流失。當滿流水流至C點，會因慣性抽吸C點水層水，使之下降，甚至全部抽走——抽吸沖激流引起正壓負壓變化，不利于排水橫支管正常工作。b.橫干管注意：對多層建筑地下橫管來說所，當立管排來水量過大時，在立管底部產(chǎn)生強烈的沖激流，此時參混在水中的氣體受阻不能自由運動，受到強烈的使管內(nèi)壓力增加，形成正壓區(qū)，嚴重時,將污水從底層衛(wèi)生器具存水彎中反噴出來，因此在無專用通氣立管時，設(shè)計時應將底層橫支管與地下橫管中心線距離應有最小高度。5~6層0.75m(低)；7~9層3m；20層6m。且規(guī)定立管底部距橫支管水平距離不得小于1.5m。三.排水立管中的水、氣流動圖5-2立管水流狀態(tài)1.立管中水氣流的基本特征①斷續(xù)的非均勻流；②水氣兩相——部分充滿水，水流夾氣；③形成氣壓核心——水流中空部分包卷著氣體(水包氣)引起壓力變化2.立管中水流運動的三個階段①附壁螺旋狀態(tài)流流量小時，水流附著管壁作螺旋運動(因水流受到管壁摩擦阻力)，空氣可以自由流通，氣壓穩(wěn)定為大氣壓。②水膜流水流增加到足以覆蓋住管壁，管壁的吸附力大于水的表面張力，使水流附著在管壁作片狀的水膜流狀態(tài)下落。水膜流具有二個主要特征：a.會形成短時間的水塞——隔膜流，但管道中有足夠的空氣量可以沖破水塞，使之繼續(xù)作水膜運動，1/3~1/4充水率。b.水膜運動由變速運動到勻速運動水膜形成后作加速運動，膜的厚度與下降變速運動的速度成正比，在足夠長的管段上，當重力與摩擦力相等時，不變，亦不變，此時的流速終限流速③水塞運動當流量達到充水率1/3以上時隔膜流形成頻繁，形成不易破壞的水塞，水塞引起立管氣體壓力激烈波動，形成有壓沖擊流，在其前方形成正壓，后方則為負壓，其數(shù)值足以對衛(wèi)生器具水封產(chǎn)生回壓及抽吸現(xiàn)象，不利排水工況綜上，對于一定的管徑的立管，夾氣水流的大小，決定著立管工況的優(yōu)劣，因此必須把立管的水流流量控制在一定的范圍內(nèi)，以免在水流下降的過程中引起管道內(nèi)壓力的波動。立管的最適宜流量應在水膜形成的范圍內(nèi)，即充水率為1/3~1/4，此時，即充分發(fā)揮了立管的通水能力，而其壓力波動又不至于太大(控制在允許范圍內(nèi))，立管設(shè)計流量負荷極限值，依此原則確定。3.排水立管中水膜流運動的動水力分析力學分析的目的：確定各種管徑立管的通水能力。水膜——中空的圓柱體狀若按自由落體其下降試驗表明：立管內(nèi)的水流并非作自由落體運動，而是在下降之初具有加速度，與成正比。水流下降一段距離后，當水流受到的管壁摩擦阻力與重力等平衡時，便做勻速運動=0，不再變化。這種一直降落到立管底部保持不變的下落速度——終限流速。自水流入口到開始形成終限流速的距離，稱為終限流速。根據(jù)牛頓第二定律，建立排水立管中水膜流動運動的微分方程式，按終限流速和終限長度的定義，并引入有關(guān)參數(shù)，經(jīng)數(shù)學運算得：或或其中：——終限流速(m/s)——污水立管下落的水流的流量(L/s)——立管內(nèi)徑(cm)——終限長度——管壁粗糙高度(m)，(新鑄鐵管=25×10-5m)分析：①對DN100立管，當=9l/s時，=4m/s，當、超過上述值時，立管中的水流為非水膜狀態(tài)。②DN100，=9l/s，=3.0m，說明污水由立管經(jīng)過3.0m降落后，流速和不變，流態(tài)穩(wěn)定。表明橫支管的排水在立管內(nèi)引起了壓立變化，不會對相鄰層橫支管的水封產(chǎn)生影響。水力學分析的目的：確定立管在壓立允許波動范圍內(nèi)最大通水能力，提供立管設(shè)計依據(jù)，我們把下降的水膜視為一中空的圓錐體。取長度的基本小環(huán)，該脫離體在變加速下降過程中同時受到二個力的作用：⊿LdjeP⊿LdjePW=mg②摩擦力↑根據(jù)牛頓第二定律：紊流：其中：——時刻內(nèi)通過該斷面的水流質(zhì)量(kg)——重力加速度(m/s2)——下落水流流量(m3/s)——水密度(kg/m2)——時間(s)——水流內(nèi)摩擦力，單位面積上平均切應力(N/m2)當→時，→，此時，，——管壁粗糙高度(m)即，將代入終限流速：，此時——L/s；——cm。終限長度：四.排水立管的設(shè)計負荷排水立管的允許通過的流量按水膜流計算，即按和確定其流量d0d0djeet——取25×10-5m解：l/s時中為已知，故預求需確定=？在前面分析中知：水膜流時，立管充水率為(——過流斷面，——立管斷面)。當時，即；即當時，，mm上式告訴我們：雖立管徑，mm管內(nèi)絕大部分面積通氣！而不是超過壓力波動。工程中，把，，對應的(終限狀態(tài)時的)列表p113表6-3根據(jù)選定不同的，按表6-3的比值求出代入上式，求出不同時的立管呈水膜狀態(tài)的流量，列表6-4(p114)再根據(jù)求出相應的、時的列表6-4(p114)。我國現(xiàn)行排水規(guī)范對排