旋流三通结构的单立管排水能力探讨

旋流三通结构的单立管排水能力探讨
1 旋流三通结构的单立管排水工作原理
将旋流三通结构的上部和下部都装配在单立管上，从而使得单立管排水系统形成一个特殊的排水系统，该排水系统主要是针对于高层建筑使用。

其中旋流三通结构下部的安装在管道的底部和横放的干路管道或排出管相连接的部分之间。

旋流三通结构上部的则安装在横支管和立管的交接之处。

在该结构的内部安装着旋流转导流叶片，并对整个水管进行整体的扩容，使得立管的水流和横支管的水流之间形成旋流，该旋流紧贴着管壁流动，在流动过程中就会出现旋转的离心力，在离心力的作用下，水流速度就会加速[1]。

伴随着水流速度的增加，水流的横截面积便明显的减小，从而在立管的内部就形成了一个畅通的空气核心，该通气核心使得单立管道可以在无需通气管就使得整个管道内部保持着通气状态，确保了水压的稳定变化。

使用了旋流三通结构的单立管排水系统能够保证在排水立管管径不发生变化的时候，由于旋流三通结构的特殊构造而使得管内的水流和通气状态发生相应的改变。

使用了该结构装置有效避免了使用两根管道过于复杂的施工以及对材料的浪费，有效的降低了施工成本并保证了工程的质量。

2旋流三通结构对于单立管排水能力的影响
在湖南大学李成的实验研究成果显示：旋流三通结构的扩容对于单立管排水能力有着显著的提高；导流叶片的角度对于单立管排水能力之间存在着非线性关系，但是存在着一定的影响；导流叶片越多，排水能力越强[2]。

在下文中，从理论的角度来分析为何旋流三通结构的这些构造因素会对于单立管排水能力的产生上述的影响
2.1旋流三通结构扩容对于排水能力的影响
当旋流三通的扩容体积增加的时候，此时水流流过所形成的旋流的半径就会增加，旋流的流速在不断的增加，而排水量在短时间内供应有限，此时的旋流相较于半径增加之前的旋流水流的空间断面就会显著的缩小，而气流所占据的单立管空间就会加大，从而使得空气被压缩的程度减少，空气的补给更为流畅、快速，避免了管道内部由于空气补给不足而呈现的水在管道中受到的空气压力上下截面平衡所导致的水塞现象[3]。

而且此时由于空气补给量充足，排水横支管的下方以及立管内部的负压值会明显的减小，管道内部的气压变化也会相对更为平缓，
出现的波动状况小。

由于压力的而变化不明显，受到压力密切隐现的水封的影响也会相对的较小，从而有效的增强了单立管道系统的排水能力。

2.2旋流三通结构导流叶片角度对于排水能力的影响
在旋流三通结构中安装了导流叶片，主要是使用导流叶片能够更好引导水流在管道中形成旋流，这时候主要是利用水流本身所具有的重力势能，在流动的过程中，通过旋流的方式使得水流速度加快，有效的将重力势能转化为加快水流速度的动力势能。

在水流紧贴水管管壁流动之前，使用旋流三通结构内部的导流叶片将水流分层若干的小股，并使得小股的水流沿着导流叶片流动，并从导流叶片流向管壁。

此时导流叶片的倾斜角度直接关系着水流留到管壁的速度，其存在的关系式是：
（v是水流是刚刚和管壁紧贴时在管壁上的流动速度，将其分解为水平和竖直方向，是指水流刚刚离开导流叶片上的流动速度，指的是导流叶片的倾斜角度。

假设水流在离开导流叶片刚刚和单立管管壁将要接触时的水流速度保持不断。

）从上述的计算公式中，我们可以了解到，导流叶片的倾斜角度很大程度上不仅影响了水流的速度还影响了水流的方向。

且导流叶片的倾斜角越大，则其余弦值就会越小，最终所导致的旋流初速度就会相应的减小。

导流叶片的倾斜角直接决定了水流在单立管道的管壁上的分布情况，角度设置适宜的话，就可以使得水流在管壁上分布均匀。

如果导流叶片设置较大，相对的水流在水平方向上的速度较大，在水平方向上的分布就会较为的均匀，但是水流竖直方向上的流速较小，严重影响单立管系统的排水能力，如果导流叶片设置较小，水平方向的速度小，根本无法形成旋流，使得管壁内部不能够形成空气流，无法保证水管内部的空气补充，当水流量过大的时候，水管的内部就会极容易发生水塞流，造成极大的压力波动，使得水封波动也随之增加[2]。

2.3旋流三通结构的导流叶片数量对于排水能力的影响
在特殊的单立管道排水系统中，将旋流三通的导流叶片增加，就会使得在水管内部，水流被分割成为更为细小的水流，这些水流通过导流叶片能够直接和管壁接触的水流较多，故而其旋流效果更为强烈，所产生的离心力综合更大，速度增加的越大，在立管中心所形成的气流更为通畅，持续性更好，气压稳定，波动小，且空气和水的分界更为明显，而不是的空气和水混合，使得空气的补给更为顺畅，保证了水管内部充足的空气量，从而有效的增加排水能力[4]。

但是由于在实际中，叶片的数量过多的时候，叶片在管道中所占据的空间就越大，当水流
加大且流速较强的时候，水流留到导流叶片上，由于自身速度较大，由充量定理便可知道会有一部分的水反弹，此时水花和后面的水流相碰撞形成水花。

此时的水花和水流的碰撞便是水塞现象，严重减缓了水流的速度，使得水流速度将低，降低排水量。

且由于管道内部的空间有限，通过管道内壁的水流也会减少，从而降低排量。

故而导流叶片的数量的在设计的时候也需要进一步的加以分析计算。

3小结
旋流三通结构应用在单立管排水系统中形成的特殊单立管排水系统具有众多的优点，不仅能够有效的节省材料，增加水管的排量。

在中国的快速发展下，房屋的楼层也越来越高，而这种单立管的排水系统非常的使用与高楼层建筑，故而在今后将会有更为远大的发展。

在此状态之下，为了更好的保证高层建筑的排水通畅，对于旋流三通结构增大排水量的问题上还有待进一步的研究，从而提高单立管排水系统的排水量。

参考文献
[1] 刘德明，程宏伟，林国强. WAB型单立管排水系统的开发与应用[J]. 福建建设科技. 2010（05）
[2] 李成.旋流三通结构对单立管系统排水能力的影响试验研究[D]. 湖南大学，2012.
[3] 蒋健嵘. 特殊单立管系统在高档居住建筑项目中的应用[J].江苏科技信息.2013（04）。