 虹吸金属落水系统启动过程
现有的虹吸系统设计准则假定对于特定的设计暴雨强度，金属落水系统迅速充满(95%以上的充水率)并以虹吸态运行，对此可采用稳态流水力学原来设计虹吸式屋面排水系统。这种设计方法可用来确定稳定流态下的设计工况，但不适合于分析系统启动虹吸的能力。虹吸系统水力运行工况十分复杂，虹吸启动过程更是如此，理解并运用虹吸系统的启动原理，有助于改善设计，完善系统运行条件。尽管目前国内外的相关行业规范和标准并未涵盖有关启动过程的设计问题，但有关学者对此进行了大量研究试验，给设计人员设计虹吸系统提供了有益的参考。试验发现虹吸系统启动过程中，重力流与虹吸流交换运行，整个过程需经历五种流态：波浪流、脉冲流、活塞流、泡沫流、满管流。跟踪雨水从天沟进入雨水斗再到管路系统的全程，可发现虹吸系统大致经历一系列的明显阶段。
1)天沟入流
降雨开始时，天沟水深和系统摄入流量相当低：这时进入系统的流量跟传统屋面排水系统一样，完全由天沟水深驱动。当斗前水深增加时，系统的流量也增加，此时天沟水深是虹吸雨水斗泄流能力的唯一限制因素，因此屋面径流能否自由地从铝合金天沟流入管道很重要。管路系统内，悬吊管表现为自由液面流，立管表现为附壁螺旋流或环形活塞流。
2)雨水斗/尾管启动虹吸
尾管在虹吸启动过程中的作用必不可少；如果尾管自身不能形成虹吸，则系统的驱动水头将局限于天沟水深，系统的泄流能力也将大打折扣。雨水自天沟进入雨水斗后，在天沟水深作用下，足以在斗体喉部充满(虹吸态)，随后充满部分沿尾管向下延伸，有效水头增加，不再局限于天沟水深，所以尾管启动虹吸后也会增大进入原本为空管的立管流量。不论在何种条件下，若尾管不能启动虹吸，则单个雨水斗的流量将限制在重力式雨水斗的水准。水跃方程意味着水流充分混合，并会增加系统中水流蜷气能力和入流量。当天沟流量持续增加时，水跃也随之增强，形成脉冲流，管内流态。
3)满管流的形成和传播
随着流量的进一步增加，弯头1处形成的水跃会逐渐向悬吊管额下游段移动，水跃深度也随之增加，当跃高抵达悬吊管顶端时，即跃高等于管径，这时局部满管流形成。一旦管内沿程水跃形成一系列局部满管流，则水跃与水跃之间的空气受阻，形成气团，表现的水塞流。水塞流会产生一定程度的负压抽吸，并快速向下游传播，不断地将气团带到悬吊管末端(立管顶端)，悬吊管满管流形成。
虹吸系统中悬吊管无坡度敷设，尾管形成的虹吸满管流，沿悬吊管传播时，驱动能头并未增加，沿程阻力会不断增加，使进入系统的流量逐渐减小，到达立管顶端时为最低。例如，单斗系统，完全虹吸泄流能力为12.7L/s而尾管单独形成虹吸的流量到达悬吊管末端时只有7.21 L/s。类似的，双斗系统完全虹吸泄流能力为13.63L/s，而尾管泄流至悬吊管末端形成虹吸后的累加流量则为10. 8L/s。这意味着对于能量损失很大的系统，如悬吊管较长时会延长启动时间。
4)负压流
当满管流传播至悬吊管末端、立管顶端时，立管中的水流不断向下传播，系统可利用水头迅速增加，促使系统形成明显负压，导致系统入流量增加。换言之，流速(流量)急剧增加，会将跃前水面和屋面雨水斗之间的气团不断卷走。虹吸启动阶段，立管中的流态由活塞流转变为满管流，水流速度必须足以抵消管段或气水混合流中的气体上浮速度。
5)局部增压流
当系统流量持续增加时，悬吊管上游端残余气团会在一定速度的水流携卷下转运至下游区域。当气团输送至立管顶端时会因其密度相对较低而在系统中形成局部压力上升。
6)完全满管流系统
一旦所有的初始气团离开立管底部下游端时，压力下降并维持在相对稳定数值。K型金属檐沟系统形成完全虹吸态。正常情况下天沟的气水混合流仍会促使系统掺入少量气体，但其体积分数通常低于5%。完全满管流形成后，系统泄流能力达至最大。
泊头市辉腾建材（http://www.hbxsjc.com）金属落水系统、铝合金天沟、K型金属檐沟、金属天沟落水系统、金属落水斗、K型檐沟针对中国水泥结构建筑、轻钢结构房屋做技术推广和服务。主要广泛应用于别墅、花园洋房、居民住宅、办公楼等。 |
沈网警备案20040880号
