高层住宅双立管排水系统通气及安装方式影响下的通水能力研究

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高层住宅建筑排水影响因素复杂,当前研究对排水系统通气特性与管道安装特性对排水能力的影响还不明了,导致排水系统的设计缺乏依据。因此,本文以高层住宅建筑双立管排水系统为研究对象,通过理论分析和全尺寸实验的方法,研究高层住宅建筑双立管排水系统通水能力的影响因素和机理。论文的研究内容和成果如下:(1)建立了通气量、空气流速、管壁特性、建筑高度等参数影响下的排水立管临界压力波动模型,并根据排水流动过程特征参数,推导了压力极限值与水封损失值的无量纲关系式。对排水立管水塞流态下气柱空泡的生长、变形和破裂机理进行了分析。(2)在山西省高平市的全国建筑排水管道实验中心60m高的泫氏塔开展了全尺寸实验。采用定流量测试法,按照《住宅生活排水系统立管排水能力测试标准》开展了通气结合管提升高度分别为1.5 m、1.0 m、0.5 m的结合通气排水实验,并对比提升高度为1.5m时通气立管管径为DN50和DN75条件下的最大通水能力。实验结果表明:通气立管管径大的系统最大排水流量更大,通气结合管的提升高度对系统最大排水流量的影响较小。(3)对设专用通气立管的H型连接双立管系统进行了不同通气立管底部和顶部通气方式实验。实验结果表明,通气立管底部连接在排水横干管上能够极大地提高系统的通水能力,而顶部通气方式差异对该系统的通水能力无明显影响。(4)在防返流H管连接的DN100双立管排水系统上开展了乙字弯避梁实验,实验发现,乙字弯的存在会极大地降低系统的通水能力(降低了69.23%)。从压力分布情况看,乙字弯主要影响安装位置上方楼层的系统压力,导致上方楼层出现严重正压。当在乙字弯上方加装防返流H管改善通气状况后,该位置系统正压得到了一定程度的缓解。(5)分别讨论了通气立管管径、通气立管底部连接方式和顶部通气方式对副通气立管排水系统通水能力的影响。结果表明:不同伸顶方式对副通气立管排水系统的影响较大,排水立管和副通气立管双伸顶时排水效果最好;对双伸顶通气的副通气立管排水系统,通气立管底部末端连接在排水横干管时能将排水系统的通水能力提高1倍;副通气立管管径为DN100时最大排水流量约为副通气立管管径为DN50时的2.3倍,约为副通气立管管径为DN75时的1.2倍,DN75为最经济管径。(6)利用全尺寸实验获得的压力极限、水封损失、排水流量以及通气流量等数据,对排水立管压力波动影响模型和无量纲水封-压力分析模型进行了验证。拟合结果表明:通气量-排水立管压力波动模型拟合结果良好,排水系统内压力波动与系统安装结构有关,不同安装方式产生的局部水头损失对排水系统压力波动起着重要作用。水封损失与压力极限值的无量纲拟合结果更为精确,无量纲分析表明不同排水流量下拟合曲线可能出现不同系数,从而对管道内流态进行划分。各个系统实验数据均表明排水系统通气量与排水流量线性相关。
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