排水管系中水气流动规律资料

第4章建筑内部排水系统

4.3排水管系中的水、气流动规律

4.3 排水管系中的水、气流动规律

4.3.1 建筑内部排水的流动特点

建筑内部排水管道系统的设计流态和流动介质与室外排水管道系统相同，都是按重力非满流设计的，污水中都含有固体杂物，都是水、气、固三种介质的复杂运动。

其中，固体物较少，可以简化为水、气两相流。

但建筑内部排水的流动特点与室外排水有所不同：1.水量、气压变化幅度大

2.流速变化剧烈

3.事故危害大

1. 水量、气压变化幅度大

与室外排水相比，建筑内部排水管网接纳的排水量少，且不均匀，排水历时短，高峰流量时可能充满整个管道断面，而大部分时间管道内可能没有水。

管内自由水面和气压不稳定，水气容易掺合。

2.流速变化剧烈

建筑外部排水管绝大多数为水平横管，只有少量跌水，且跌水深度不大，管内水流速度沿水流方向递增，但变化很小，水气不易掺合，管内气压稳定。

污水排放顺序: 卫生器具

横支管

排水立管排水横干管室

外

建筑内部横管与立管交替连接，当水流由横管进入立管时，流速急骤增大，水气混合；当水流由立管进入横管时，流速急骤减小，水气分离。

4.3 排水管系中的水、气流动规律

4.3.1 建筑内部排水的流动特点

3.事故危害大

室外排水不畅时，污废水溢出检查井，有毒有害气体进入大气，影响环境卫生，因其发生在室外，对人体直接危害小。

建筑内部排水不畅，污水外溢到室内地面，或管内气压波动，有毒有害气体进入房间，将直接危害人体健康，影响室内环境卫生，事故危害性大。

为合理设计建筑内部排水系统，既要使排水安全畅通，又要做到管线短、管径小、造价低，需专门研究建筑内部排水管系中的水气流动规律。

１．水封的作用

4.3 排水管系中的水、气流动规律

4.3.2 水封的作用及其破坏原因

P 形 S 形

水封是设在卫生器具排水口下，用来抵抗排水管内气压变化，防止排水管道系统中气体窜人室内的一定高度的水柱，通常用存水弯来实施。

存水弯靠排水本身的水流来达到自净作用。 常用的管式存水弯有：P 形和S 形两种

存水弯中的水柱高度h 称为水封高度。

建筑内部各种卫生器具的水封高度一般为50～100mm 。

4.3 排水管系中的水、气流动规律

4.3.2 水封的作用及其破坏原因

水封高度过大：

抵抗管道内压力波动的能力强，但自净作用减小，

水中的固体杂质不易顺利排入排水横管。

水封高度过小：

固体杂质不易沉积，但抵抗管内压力变化

的能力差。

水封

２．水封破坏

水封破坏的动态演示

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因静态和动态原因造成存水弯内水封高度减少，不足以抵抗管道内允许的压力变化值时(一般为±25mmH 2O)，管道内气体进入室内的现象叫水封破坏。在一个排水系统中，只有要一个水封破坏，整个排水系统的平衡就被打破。

水封的破坏与存水弯内水量损失有关。水封水量损失越多，水封高度越小，抵抗管内压力波动的能力越弱。

水封水量损失的主要有以下三个原因：1.自虹吸损失

2.诱导虹吸损失

3.静态损失

4.3 排水管系中的水、气流动规律

4.3.3 横管内水流状态

4.3.3 横管内水流状态

建筑内部排水系统所接纳的排水点少，排水时间短(几秒到30秒左右)，具有断续的非均匀流特点。水流在立管内

下落过程中会挟带大量空气一起向下运动，进入横管后变

成横向流动，其能量、流动状态、管内压力及排水能力均

发生变化。

式中 v 0 —— 竖直下落末端水流速度，m/s ；

he —— 横管断面水深，m ；

v ——水深为he 时的水流速度，m/s ； K —— 与立管和横管间连接形式有关的能量损失系数。

g

v h g v K e 222

20+= 竖直下落的污水具有较大的动能，进人横管后，由于改变流动方向，流速减小，转化为具有一定水深的横向流动，其能量转换关系式为：

１．能量

２．水流状态

急流段水流速度大，水深较浅，冲刷能力强。

急流段末端由于管壁阻力使流速减小，水深增加形成水跃。

急流段、 水跃及跃后段、

逐渐衰减段。

根据实验研究，污水由竖直下落进入

横管后，横管中的水流状态可分为：

在水流继续向前运动的过程中，由于管壁阻力，能量逐渐减小，水深逐渐减小，趋于均匀流。

横管内水流状态

示意图

图4-27 横管内水流状态示意图

３．管内压力

竖直下落的大量污水进入横管形成水跃，管内水位骤然上升，以至于充满整个管道断面，使水流中挟带的气体不能自由流动，短时间内横管中压力突然增加。

(1) 横支管内压力变化

排水横支管内压力的变化与排水横支管的位置（立管的上部还是下部）和是否还有其他横支管同时排水有关。分三种情况分析横支管连接 A、B、C三个卫生器具，中间卫生器具B突然排水时，横支管内压力的变化情况。

图4-28为立

管内没有其他

排水情况下，

横支管内流态

和压力变化示

意图。 排水横支管承接各卫生器具的排水，直接与各个卫生器具的器具排水管连接。

以横支管接三个坐式大便器为例，分析当卫生器具排水时，横支管内压力变化情况。

图4-28 无其他排水时横支管内流态与压力变化

（a ）排水初期 （b ）排水末期