1、 PDF外文：http:/ 6700 字 建筑与环境 36 (2001) 939 948 利用非恒定流理论分析虹吸式屋面排水系统 S. Arthur , J.A. Swa*eld 英国 EH14-4AS苏格兰爱丁堡，赫瑞瓦特大学建筑工程和测量部门 2000年 4月 17日收到 ； 2000年 4月 17审核 ； 2000年 6月 12日发表 摘要 在过去的三年里，一项英国协会研究项目已经在进行中，即赫瑞瓦特大学研究的虹吸式
2、屋面雨水系统。本文旨在介绍迄今为止的相关理论。对试验结果和数字指标进行简短描述。记录发生在理想化系统的启动状况。本文描述了虹吸设备试验的程序，并且试验结果用图表分析。在某些细节上，使用数字模型的框架对周围的水力学特性进行描述。关于虹吸式屋面排水系统的运行特征将在文章中做整体描述。 关键词：屋面排水 虹吸式屋面排水系统 特征方法 1、背景 虹吸式屋面排水系统已经存在大约 30年了。在这段时间，由于虹吸式排水系统更具有优势和好处，建筑业渐渐的青睐虹吸排水系统。虹吸式排水系统的诸多优点主要是因为
3、它可以在负压状态下运行。但是，一些期望的优势仅仅只能在设计工况出现 例如，一场典型暴雨的重现期超过 30年。当设定了工作程序，众所周知绝大多数势不可挡的降雨事件，就算是虹吸系统的排水量都远小于设计工况。再加上虹吸式排水系统存在很多运行故障和难题，这就使得很多科研人员坚信，在将来，虹吸式排水系统是个值得研究的课题。 2、研究目的与对象 虹吸式雨水排水 系统取决于在市政雨水管网与屋面雨水排除管道之间的满管流动状态的形成。使用封闭的管道代替传统多相性雨水管，这为工程设计带来了许多好处，实践证明，正是这种变革，虹吸式排水系统广泛的运用到飞机场，大
4、型仓库以及豪华的办公楼中。设计中的错误可能导致系统运行效率低，无法形成虹吸状态，或者达不到有效流量（淹没状态）。瞬时负压力的积累会导致管壁破裂【 1】。在英国，虹吸式排水系统使用的 10年时间里，并没有公认的设计规范。虹吸式系统的建立，总是以假设夹带气体的瞬时稳定状态得到的计算数据为依据。本文的目的在于建立一种非恒定流模型 ，这种模型可以通过暴雨降水过程曲线模拟虹吸式排水系统的运行状态。这样就可以使得雨水在雨水排水系统中的流动状态达到与其标准。从最开始的地表径流开始暴雨的发展，通过两个阶段的流动，空气不断溶解到水中，直到达到设计运行需要的满管流形成。项目的主要启动过程如下： 1）
5、 在实验室环境下，启动过程中，观察虹吸管系统中瞬时压力的积累和扩散。 2） 建立静态的与流动的边界条件，以数学特征为基础建立数学模型。 3） 开发一种以计算机系统为基础的设计系统，这种系统可以为工程设计人员提供设计阶段指导。 3. 实验描述 研究项目的建立主要依赖于工业连接配件的开发，以及在郝瑞瓦特建设的试验设备测得的试验结果。并且以此来建立最初的数学模型。曾经开发过一个数学模型，它证实了并十分完美的与在实验室取得的数值相协调。从最初的系统安装，试验设备运行数据，以及在虹吸雨水工业
6、得到的材料。和研究者建立的数学模型一样，密闭连接设备的应用也在很大程度上促进了该项目的发展。 4. 设计注意事项 通常，在任何既定的工程中，虹吸式屋面排水系统的设计要满足稳态压力，这种稳压与选定的“设计暴雨”有关。即通常所说的稳定的暴雨强度（在英国这与 BS6367【 2】一致）。在设计阶段，暴雨强度的选择以工程的地理位置为依据，通过平衡风险，成本以及额外流量承载能力【 1， 3】进行分析。然而，可以看出这种方法在安装后将导致每次暴雨出现时总有一至两个非正常的状态发生。 1）暴雨强度超过设计强度 理论上，设计暴雨强度一旦选定，这种
7、强度的暴雨总会发生，并且会导致一定程度的洪水。设计优秀的系统要确保与任何直接进入其承受区域的流量，或者任何可以承受的破坏程度相一致。 2）暴雨强度小于设计强度 对所有系统进行分类，大多数可能遭遇的暴雨分为以下情况。当遇到低强度的降水时，系统就成为了传统排水系统。但是，随着降雨强度的增大，系统中局部非恒定压力状态会产生。试验表明，这种负压力的变化，将导致大量的空气进入系统中。在某些环境状态下，进入系统的水量会超过设计负荷。流体存在不稳定的自然流动状态，这使得系统产生噪音、震 动。压力变化也十分得频繁，当系统接纳的水量远小于系统流通能力时，这些特征已数据的形式在图 2.3
8、中表示出来 Fig. 1.原理图的一个测试平台 结构 说明 了 主要 的 维度 Fig. 2. 环境 压力系统 中 42%的稳定地沟 流动 率 的 测量能力 系统 在图 1演示。 此图 说明 ,在特定的条件下 ,循环压力 可以建立该系统。循环系统响应的相关 流动 率 的 频率 ，与 水平 的 和垂直 的 管道 长度 。 5. 最新设计实践 最近，虹吸式屋面排水系统按照给定的设计暴雨进行设计，这种设计暴雨可以使系统在短时间里充满水。并且能够快速的启动虹吸排水系统。 这就意味着，使用稳定流理论进行虹吸系统的设计更加的简单。在几乎所有的虹吸排水系统的设计中，稳定流能量守恒定律都得到了广泛的应用，并将其作为设计的理论依据。系统中，任何两点 X,Y之间的压降可以通过下式计算：
