排水管系中的水气流动规律

1、返回本章总目录返回本书总目录前进后退第第3 3章建筑内部排水系统章建筑内部排水系统3.3排水管系中的水、气流动规律返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.1 建筑内部排水流动特征建筑内部排水流动特征 由于污废水中可能含有各种固体杂质，管道内实际上是由于污废水中可能含有各种固体杂质，管道内实际上是气、水、固体三相流动。气、水、固体三相流动。 一般情况下固体杂质所占的排水体积比较小，为简化分一般情况下固体杂质所占的排水体积比较小，为简化分析，可认为排水管道内为析，可认为排水管道内为气、水两相流动气、水两相流动。 而且建筑物内各个卫生器具

2、排放污水的时间是随机的，而且建筑物内各个卫生器具排放污水的时间是随机的，因此建筑内部排水管道中的水流现象比较复杂，排水管系统因此建筑内部排水管道中的水流现象比较复杂，排水管系统的的主要特点如下：主要特点如下： 返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.1 建筑内部排建筑内部排水流动特征水流动特征各种卫生器具排放污水的状况不同，但一各种卫生器具排放污水的状况不同，但一般规律是排水般规律是排水历时短历时短，瞬间流量大瞬间流量大，流量变化流量变化幅度大，幅度大，高峰流量时可能充满整个管道断面。高峰流量时可能充满整个管道断面。 管道不是始终充

3、满水，管道不是始终充满水，流量时有时无，时流量时有时无，时小时大小时大。在大部分时间内管道中可能没有水或。在大部分时间内管道中可能没有水或者只有很小的流量。者只有很小的流量。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.1 建筑内部排水流动特征建筑内部排水流动特征当卫生器具当卫生器具不排水不排水时，排水管道中是时，排水管道中是气体气体，通过通气管，通过通气管与大气相联通与大气相联通. . 当卫生器具当卫生器具排水时排水时，如瞬间排水量比较大，管道内的，如瞬间排水量比较大，管道内的气气压会有较大幅度的变化压会有较大幅度的变化。 返回本章总目

4、录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.1 建筑内部排水流动特征建筑内部排水流动特征建筑内部污水排放的过程中，水流建筑内部污水排放的过程中，水流方向和速度大小都发方向和速度大小都发生改变生改变，而且，而且变化幅度很大变化幅度很大。 污水污水排放顺序排放顺序:从从卫生器具卫生器具 横支管横支管 由由横支管横支管 排水立管排水立管 由由立管立管 排水横干管排水横干管 室外室外 立管立管最底部最底部水流进入排水横干管时，水流进入排水横干管时，水流突然改变方向，速度骤然减小，水流突然改变方向，速度骤然减小，同时发生气水分离。同时发生气水分离。 横管与立

5、管交替连接横管与立管交替连接 水流水流由横管流入立管由横管流入立管中时，中时， 水流在重力作用下加速下降，水流在重力作用下加速下降， 气水混合。气水混合。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.1 建筑内部排水流动特征建筑内部排水流动特征室内污、废水中含有部分固体杂质，室内污、废水中含有部分固体杂质，容易使管道排水不畅，堵塞管道，造成容易使管道排水不畅，堵塞管道，造成污水外溢污水外溢，污水通过卫生器具或地漏溢，污水通过卫生器具或地漏溢出，污染室内环境；出，污染室内环境； 另一方面，管道内排水不畅或气压波动时，有毒有害气另一方面，管道

6、内排水不畅或气压波动时，有毒有害气体可能排入室内，将使体可能排入室内，将使室内空气恶化室内空气恶化，直接危害人体健康，直接危害人体健康，危害比较大危害比较大。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.1 建筑内部排水流动特征建筑内部排水流动特征由于排水管系的水流运动很不稳定，压力变化大，排水由于排水管系的水流运动很不稳定，压力变化大，排水管中的水流物理现象对于排水管的正常工作影响很大。为了管中的水流物理现象对于排水管的正常工作影响很大。为了合理的设计室内排水管道系统，既要合理的设计室内排水管道系统，既要保证排水系统的安全运保证排水系统

7、的安全运行行，又要尽量使，又要尽量使管线短管线短、管径小管径小、造价低造价低，需要对建筑内部，需要对建筑内部的排水管道中的水气流动现象进行认真的研究，以保证设计的排水管道中的水气流动现象进行认真的研究，以保证设计合理、运行正常。合理、运行正常。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.2 水封的作用及其破坏水封的作用及其破坏水封的作用水封的作用 利用利用弯管内存有一定高度的水弯管内存有一定高度的水，所形成，所形成 的静水压力抵抗排水管内气压变化，以防止的静水压力抵抗排水管内气压变化，以防止 排水管内有害气体进入室内的措施。排水管内有害

8、气体进入室内的措施。 水封通常由水封通常由存水弯存水弯来实现来实现 常用的管式存水弯有：常用的管式存水弯有：P P形和形和S S形两种形两种 存水弯中的水柱高度存水弯中的水柱高度h h 称为称为水封高度水封高度。 存水弯靠排水本身的水流来达到存水弯靠排水本身的水流来达到自净作用自净作用。P P形形S S形形返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.2 水封的作用及其破坏水封的作用及其破坏 建筑内部各种卫生器具的建筑内部各种卫生器具的水封高度一般为水封高度一般为5050100mm100mm。 水封高度水封高度过大过大： 抵抗管道内抵抗管

9、道内压力波动的能力强压力波动的能力强，但，但自净作用减小自净作用减小， 水中的水中的固体杂质不易顺利排入排水横管。固体杂质不易顺利排入排水横管。水封高度水封高度过小过小： 固体杂质固体杂质不易沉积不易沉积，但抵抗管内，但抵抗管内压力变化的能力差。压力变化的能力差。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.2 水封的作用及其破坏水封的作用及其破坏水封破坏水封破坏排水系统中水封是比较薄弱的环节，常常因静态和动态排水系统中水封是比较薄弱的环节，常常因静态和动态原因造成存水弯内水封高度减小，不足以抵抗管道内允许的原因造成存水弯内水封高度减小，

10、不足以抵抗管道内允许的压力变化值时（压力变化值时（25mmH25mmH2 2O O ），管道内气体进入室内的现象），管道内气体进入室内的现象叫叫水封破坏水封破坏。 在一个排水系统中在一个排水系统中，只要有一个水封被破坏只要有一个水封被破坏，整个系统整个系统的平衡就被打破的平衡就被打破。FLASH:FLASH:水封破坏的动态演示水封破坏的动态演示 点击播放点击播放返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.2 水封的作用及其破坏水封的作用及其破坏水封的破坏与存水弯内水量损失有关。水封水量损失越水封的破坏与存水弯内水量损失有关。水封水量损失

11、越多，水封高度越小，抵抗管内压力波动的能力越弱。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：水封水量损失的主要有以下三个原因：自虹吸损失自虹吸损失诱导虹吸损失诱导虹吸损失静态损失静态损失返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.3 横管内水流状态横管内水流状态 横管内水流能量横管内水流能量竖直下落的污水具有较大的动能，进人横管后，由于改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，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

12、式为：其能量转换关系式为：v v0 0 竖直下落末端水流速度，竖直下落末端水流速度，m/sm/s；h he e 横管断面水深，横管断面水深，m m ；v v 水深为水深为h he e时的水流速度，时的水流速度，m/sm/s ；K K 与立管和横管间连接形式有关的能量损失系数。与立管和横管间连接形式有关的能量损失系数。gvhgvKe22220返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.3 横管内水流状态横管内水流状态水流状态水流状态根据实验研究，污水由竖直下落进入横管后，横管中的水根据实验研究，污水由竖直下落进入横管后，横管中的水流状态可

13、分为流状态可分为急流段急流段、水跃及跃后段水跃及跃后段、逐渐衰减段逐渐衰减段。 急流段水流速度大，水深较浅，冲刷能力强。急流段末端急流段水流速度大，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。由于管壁阻力使流速减小，水深增加形成水跃。横管内水流状态示意图横管内水流状态示意图 在水流继续向前运动在水流继续向前运动的过程中，由于管壁阻力，的过程中，由于管壁阻力，能量逐渐减小，水深逐渐能量逐渐减小，水深逐渐减小，趋于均匀流。减小，趋于均匀流。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.3 横管内水流状态横管内水流

14、状态管内压力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。自由流动，短时间内横管中压力突然增加。( () )横支管内压力变化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种情况分析横支管连接 A A、B B、C

15、 C三个卫生器具，中间卫生器三个卫生器具，中间卫生器具具B B突然排水时，横支管内压力的变化情况。突然排水时，横支管内压力的变化情况。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.3 横管内水流状态横管内水流状态下下图为立管内没有其他排水情况下，横支管内流态和压图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。力变化示意图。排水横支管承接各卫生器具的排水，排水横支管承接各卫生器具的排水，直接与直接与各个卫生器具的器具排水管连接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以横支管接三个坐式大便器

16、为例，分析当卫生器具排水时，横支管内压力变化情况。时，横支管内压力变化情况。可能出现可能出现正压喷溅正压喷溅可能出现可能出现负压抽吸负压抽吸横支管内的横支管内的压力变化图压力变化图 D C B AD C B A返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.3 横管内水流状态横管内水流状态 当中间卫生器具当中间卫生器具B B 排水时，瞬间形成大流量，水流进入排水时，瞬间形成大流量，水流进入排水横支管时，呈八字形向两侧流动，在其前后管内形成水排水横支管时，呈八字形向两侧流动，在其前后管内形成水跃，并有可能在局部、短时间内充满管道。跃，并有可能

17、在局部、短时间内充满管道。AB AB 和和BC BC 段内气段内气体受到压缩，管道内形成正压，从而使卫生器具体受到压缩，管道内形成正压，从而使卫生器具A A 和和B B 的存的存水弯中的水面上升，见水弯中的水面上升，见横支管内的压力变化图横支管内的压力变化图(a) (a) ，这种管，这种管内内局部形成正压局部形成正压，使存水弯中的水面上升的现象为，使存水弯中的水面上升的现象为回压回压，如，如果压力波动较大，还可能出现果压力波动较大，还可能出现正压喷溅正压喷溅，引起水封破坏引起水封破坏。 随着卫生器具随着卫生器具B B 的排水量减少，横支管中的水流在管道的排水量减少，横支管中的水流在管道坡度的作

18、用下，向坡度的作用下，向D D 点作单向流动，点作单向流动，A A 点处形成点处形成负压抽吸负压抽吸，存水弯中的水面下降存水弯中的水面下降，见，见横支管内的压力变化图横支管内的压力变化图(b(b）。）。返回本章总目录返回本书总目录前进后退有其他排水时上部横支管的流态与压力变化 排水初期排水初期 排水末期排水末期D C B A D C B A返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.3 横管内水流状态横管内水流状态 如如B B 点流量比较大，水流充满整个管道断面，向点流量比较大，水流充满整个管道断面，向D D 点流点流动，在动，在C C

19、 点处也可能形成点处也可能形成负压抽吸负压抽吸，造成，造成C C 点存水弯水面下点存水弯水面下降；另外如果此时立管上还有其他卫生器具排水，大量水流降；另外如果此时立管上还有其他卫生器具排水，大量水流沿立管下降，把沿立管下降，把D D 点封闭，则点封闭，则AB AB 段和段和BC BC 段内的气体都不能段内的气体都不能自由流动自由流动, , 污水下落的速度比较快，动能大，压力降低，则污水下落的速度比较快，动能大，压力降低，则可能导致横支管上连接的存水弯产生负压抽吸。可能导致横支管上连接的存水弯产生负压抽吸。负压抽吸和正压喷溅现象都是由于管道内的压力变化引负压抽吸和正压喷溅现象都是由于管道内的压力

20、变化引起的起的，都有可能造成水封被破坏都有可能造成水封被破坏。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.3 横管内水流状态横管内水流状态卫生器具排水特点：卫生器具排水特点： 历时短历时短、流速大流速大、来势猛来势猛，形成，形成冲激流冲激流。由于：由于：生活污水排水管道设计有足够的充满度，生活污水排水管道设计有足够的充满度，可容纳形成冲激可容纳形成冲激流时的高峰负荷流时的高峰负荷，并且水流速度大，一般不会从卫生器具存水，并且水流速度大，一般不会从卫生器具存水弯冒水；弯冒水； 同时冲激流对横支管中的沉积物具有很强的同时冲激流对横支管中的沉

21、积物具有很强的冲刷作用冲刷作用，可，可将固体杂质随污水一起从管道中排除，将固体杂质随污水一起从管道中排除，有利于横支管排水有利于横支管排水。 因卫生器具距横支管的高差较小（小于因卫生器具距横支管的高差较小（小于1.5m1.5m）污水在）污水在B B 点点的动能小，形成的水跃低。所以的动能小，形成的水跃低。所以排水横支管自身排水造成的排排水横支管自身排水造成的排水横支管内的压力波动不大水横支管内的压力波动不大。 返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.3 横管内水流状态横管内水流状态管内压力管内压力( () )横干管中的水流现象横干管

22、中的水流现象由于：由于：横干管在横干管在立管立管和和室外排水检查井室外排水检查井之间，接纳的卫生器具之间，接纳的卫生器具多，存在着多个卫生器具同时排水的可能性。多，存在着多个卫生器具同时排水的可能性。室内污水的排放室内污水的排放特点特点是：是：时间短、高流量时间短、高流量，因而，因而流速大、能量大流速大、能量大。现象：现象：当立管排水量过大时，当立管排水量过大时， 在立管与横干管连接的拐弯处，在立管与横干管连接的拐弯处，形成水跃，产生冲激流形成水跃，产生冲激流。混掺在水流中的气体受阻，不能自。混掺在水流中的气体受阻，不能自由流动，在短时间内受到强烈压缩，使该处管道内由流动，在短时间内受到强烈压

23、缩，使该处管道内压力急剧压力急剧增大增大，形成正压区，造成回压。，形成正压区，造成回压。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.3 横管内水流状态横管内水流状态管内压力管内压力( () )横干管中的水流现象横干管中的水流现象在立管与横干管连接处的水平管段上产生的回压现象，在立管与横干管连接处的水平管段上产生的回压现象，有时能使污水从底层卫生器具的存水弯中喷溅出来，冲击流有时能使污水从底层卫生器具的存水弯中喷溅出来，冲击流过后，卫生器具的水封可能被破坏。过后，卫生器具的水封可能被破坏。为了避免底部为了避免底部横干管中的压力变横干管中的

24、压力变化对卫生器具的存化对卫生器具的存水弯水封的破坏作用，水弯水封的破坏作用，首层卫生器具首层卫生器具的排水单独排放。的排水单独排放。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.3 横管内水流状态横管内水流状态首层单独排放排水系统没有通气立管时，在设计中排水系统没有通气立管时，在设计中规定：规定：最底层横支管最底层横支管与与地下横干管中心地下横干管中心线的线的间距应有一个间距应有一个最小高度最小高度H H。 否则否则最底层或排水立管的汇最底层或排水立管的汇 合层的横支管要合层的横支管要单独排放。单独排放。 仅设置伸顶通气管时，最低仅设置

25、伸顶通气管时，最低 排水横支管与立管连接处距排水横支管与立管连接处距 排水立管的管底排水立管的管底垂直距离垂直距离， 不得小于下表中规定不得小于下表中规定H返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.3 横管内水流状态横管内水流状态最低排水横支管最低排水横支管与与立管连接处距排水立管的管底垂直距离立管连接处距排水立管的管底垂直距离 从上表中可以看出：从上表中可以看出：高层建筑中的底层排水横支管一般高层建筑中的底层排水横支管一般都要单独排放。都要单独排放。 立管连接卫生器具的层数（层） 456 712131920垂直距离 （m） 045

26、075 120 300 600 返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.4 立管中水流状态立管中水流状态排水立管水流特点：排水立管水流特点：( () )断续的非均匀流；断续的非均匀流；( () )水气两相流；水气两相流；( () )管内压力变化大。管内压力变化大。排水立管和横干管内排水立管和横干管内压力分布示意图压力分布示意图点击查看点击查看返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.4 立管中水流状态立管中水流状态水流流动状态水流流动状态部分充满水的排水立管中，部分充满水的

27、排水立管中，水流运动状态的影响因素：水流运动状态的影响因素： 排水量、管径、水质、管壁粗糙度、排水量、管径、水质、管壁粗糙度、 横支管与立管连接处的几何形状、横支管与立管连接处的几何形状、 立管高度及同时向立管排水的横支管数目立管高度及同时向立管排水的横支管数目 排水量排水量和和管径管径是主要因素（通常用充水率是主要因素（通常用充水率表示）。表示）。充水率充水率： 指水流断面积指水流断面积 A At t 与管道断面积与管道断面积 A Aj j 的比值。的比值。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.4 立管中水流状态立管中水流状态水

28、流流动状态水流流动状态实验研究发现：实验研究发现： 单一横支管排水，立管上端开口通大气，立管下端经排出单一横支管排水，立管上端开口通大气，立管下端经排出横干管接室外检查井通大气的情况下，随着流量不断增加，立横干管接室外检查井通大气的情况下，随着流量不断增加，立管中水流状态主要经过：管中水流状态主要经过：附壁螺旋流附壁螺旋流、水膜流水膜流和和水塞流水塞流 三个阶段。三个阶段。 排水立管水流排水立管水流状态图点击查看状态图点击查看 返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.4 立管中水流状态立管中水流状态( () )附壁螺旋流附壁螺旋流由

29、于排水立管的管道内壁粗糙，水流对管壁的附着力大由于排水立管的管道内壁粗糙，水流对管壁的附着力大于液体分子之间的内聚力，因此当排水量比较小时，水流不于液体分子之间的内聚力，因此当排水量比较小时，水流不能以水团的形式脱离管壁坠落，而是沿着管壁向下流动，由能以水团的形式脱离管壁坠落，而是沿着管壁向下流动，由于管壁的粗糙对水流的摩擦阻力作用，于管壁的粗糙对水流的摩擦阻力作用，水流是沿着管壁呈螺水流是沿着管壁呈螺旋形向下加速流动的旋形向下加速流动的，因螺旋运动产生离心力，使水流密实，因螺旋运动产生离心力，使水流密实，气液界面清晰，水流挟气现象不明显。气液界面清晰，水流挟气现象不明显。其结果是：其结果是：

30、螺旋流状态下，水流螺旋流状态下，水流没有没有充满整个管道断面，充满整个管道断面，管道中心气流正常，水流下降时，不影响立管中的气压变化，管道中心气流正常，水流下降时，不影响立管中的气压变化，管内气压稳定。管内气压稳定。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.4 立管中水流状态立管中水流状态( () )立管排水量增大立管排水量增大薄膜流薄膜流排水量进一步增加，空气阻力和管壁的摩擦力共同作用，排水量进一步增加，空气阻力和管壁的摩擦力共同作用，水量增大到足够覆盖住管壁时水量增大到足够覆盖住管壁时，水流由螺旋形向下运动变成，水流由螺旋形向下运

31、动变成沿着管壁呈有一定厚度的薄膜状，加速向下运动。沿着管壁呈有一定厚度的薄膜状，加速向下运动。 此时水流没有离心力作用，只受水流重力和管壁摩擦阻此时水流没有离心力作用，只受水流重力和管壁摩擦阻力影响。气水界面不明显，水流向下运动时有挟气现象。力影响。气水界面不明显，水流向下运动时有挟气现象。 此时排水量较小，管道中间的气流仍然可以正常流动，此时排水量较小，管道中间的气流仍然可以正常流动，立管中的气压变化不大。立管中的气压变化不大。这种状态历时比较短。这种状态历时比较短。薄膜流状态时薄膜流状态时，水流的断面积与管道断面积的比值，一，水流的断面积与管道断面积的比值，一般小于四分之一。般小于四分之一

32、。随着流量进一步增加随着流量进一步增加，水流的断面积增大，很快就过渡，水流的断面积增大，很快就过渡到下一个状态。到下一个状态。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.4 立管中水流状态立管中水流状态( () )等速水膜流等速水膜流随着水流下降速度的进一步增加随着水流下降速度的进一步增加，空气阻力和管道壁面，空气阻力和管道壁面摩擦力共同作用，水流沿管壁下落，形成有一定厚度带有横摩擦力共同作用，水流沿管壁下落，形成有一定厚度带有横向隔膜的附壁环状水膜流。向隔膜的附壁环状水膜流。上部横向隔膜和附壁环状水膜流一起向下运动，但两者上部横向隔膜

33、和附壁环状水膜流一起向下运动，但两者的运动方式不同。的运动方式不同。 环状水膜流形成以后比较稳定，环状水膜流形成以后比较稳定，水膜下降速度与水膜的水膜下降速度与水膜的厚度近似的成正比厚度近似的成正比。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.4 立管中水流状态立管中水流状态( () )等速水膜流等速水膜流当水膜向下运动时，受到向上的管壁的摩擦力与向下的当水膜向下运动时，受到向上的管壁的摩擦力与向下的重力。重力。 两者平衡时，水膜向下运动的加速度为零，即水膜的下两者平衡时，水膜向下运动的加速度为零，即水膜的下降速度不再变化，降速度不再变

34、化，一直以该速度下降到立管底部不再变化，水膜的厚度基一直以该速度下降到立管底部不再变化，水膜的厚度基本上也不再变化。本上也不再变化。 这一状态为这一状态为等速水膜流状态等速水膜流状态，此时的水膜速度为，此时的水膜速度为终限速终限速度度，从排水横支管水流入口处至终限速度形成处的高度称为，从排水横支管水流入口处至终限速度形成处的高度称为终限长度终限长度。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.4 立管中水流状态立管中水流状态横向隔膜不稳定，向下运动时，隔膜下部的管内压力增横向隔膜不稳定，向下运动时，隔膜下部的管内压力增加，但压力增加值小

35、于加，但压力增加值小于245 Pa245 Pa（根据实验，水封不被破坏的（根据实验，水封不被破坏的控制压力变化范围是控制压力变化范围是245Pa245Pa），管内气体将横向隔膜冲破，），管内气体将横向隔膜冲破，管内压力恢复正常。在水流继续下降的过程中，又形成新的管内压力恢复正常。在水流继续下降的过程中，又形成新的横向隔膜。横向隔膜。横向隔膜的形成和破坏在水流下降的过程中交替横向隔膜的形成和破坏在水流下降的过程中交替进行，导致立管内的压力有波动。进行，导致立管内的压力有波动。 在没有设置专用通气管的排水立管中，处于等速水膜流在没有设置专用通气管的排水立管中，处于等速水膜流状态时，水流的断面积一般

36、占管道断面积的状态时，水流的断面积一般占管道断面积的1/31/31/41/4之间，之间，这一阶段，立管内的压力在一定的范围内波动，排水立管中这一阶段，立管内的压力在一定的范围内波动，排水立管中心部分，气流仍然可以流动，此时立管的通水能力最大。管心部分，气流仍然可以流动，此时立管的通水能力最大。管中气压的变化达到了中气压的变化达到了临界状态临界状态，但未达到破坏横支管上的卫，但未达到破坏横支管上的卫生器具的水封程度。生器具的水封程度。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.4 立管中水流状态立管中水流状态( () )水塞流水塞流 当排

37、水量继续增加，沿管壁的薄膜厚度逐渐加厚，当水当排水量继续增加，沿管壁的薄膜厚度逐渐加厚，当水膜断面与立管断面之比大于膜断面与立管断面之比大于1/3 1/3 时，横向隔膜的形成与破坏时，横向隔膜的形成与破坏越来越频繁，水膜厚度不断增加，当隔膜下部的压力不能冲越来越频繁，水膜厚度不断增加，当隔膜下部的压力不能冲破隔膜时，即形成破隔膜时，即形成较稳定的水塞流较稳定的水塞流。水塞在立管中下落是有。水塞在立管中下落是有压力的等加速运动，随着水塞的下落，管中的气压发生激烈压力的等加速运动，随着水塞的下落，管中的气压发生激烈变化，水塞下面排气不畅，形成正压，水塞上面补气不足，变化，水塞下面排气不畅，形成正压

38、，水塞上面补气不足，被抽吸而形成负压。当管内压力波动大于被抽吸而形成负压。当管内压力波动大于245Pa 245Pa 时，会形时，会形成正压喷溅或负压抽吸而破坏水封，导致排水管道系统不能成正压喷溅或负压抽吸而破坏水封，导致排水管道系统不能正常工作。正常工作。 返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.4 立管中水流状态立管中水流状态综上所述，在水塞没有形成之前，水膜流动或薄膜流动综上所述，在水塞没有形成之前，水膜流动或薄膜流动时，由于水流在下落过程中携带了部分气体，水膜的厚度也时，由于水流在下落过程中携带了部分气体，水膜的厚度也不可能完

39、全不变，所以管内气体的容积是变化的，则管内气不可能完全不变，所以管内气体的容积是变化的，则管内气压也是变化的，但是这种变化波动较小，对横支管上的卫生压也是变化的，但是这种变化波动较小，对横支管上的卫生器具的水封影响不大。水塞形成以后，器具的水封影响不大。水塞形成以后，管内的气压的波动剧管内的气压的波动剧烈对水封造成比较大的影响烈对水封造成比较大的影响。 因此为保证排水系统的安全可靠和经济合理，排水立管因此为保证排水系统的安全可靠和经济合理，排水立管设计流量的设计流量的负荷极限值负荷极限值（允许设计流量）是按立管内的水流（允许设计流量）是按立管内的水流状态控制在等速水膜流状态，在保证系统安全的条

40、件下，状态控制在等速水膜流状态，在保证系统安全的条件下，通通水能力最大水能力最大的状态而确定的。的状态而确定的。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.4 立管中水流状态立管中水流状态水膜流运动的力学分析水膜流运动的力学分析 为确定水膜流阶段为确定水膜流阶段 排水立管在允许的压力波动范围内最排水立管在允许的压力波动范围内最大允许排水能力，大允许排水能力， 给室内排水立管的设计提供理论依据，应给室内排水立管的设计提供理论依据，应对立管中水膜流运动进行力学分析，对立管中水膜流运动进行力学分析， 找出找出终限流速、终限长终限流速、终限长度

41、与排水能力，管径度与排水能力，管径等相互的关系等相互的关系。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.4 立管中水流状态立管中水流状态排水立管中水膜可以近似看作一个中排水立管中水膜可以近似看作一个中空的圆柱状物体。空的圆柱状物体。脱离体（水膜流体）在变加速下降过脱离体（水膜流体）在变加速下降过程中受到向下重力和向上的管壁摩擦力的程中受到向下重力和向上的管壁摩擦力的作用。作用。在排水立管的等速水膜流中取一长度在排水立管的等速水膜流中取一长度为为L 的分离体进行分析，水膜流在下降的分离体进行分析，水膜流在下降过程中，重力与管壁的摩擦阻力达

42、到相平过程中，重力与管壁的摩擦阻力达到相平衡的状态，合力为零。衡的状态，合力为零。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.4 立管中水流状态立管中水流状态根据根据牛顿第二定律牛顿第二定律：LdtgQPWdtdummaFjtgQWLdPjLdPjLdPj返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.4 立管中水流状态立管中水流状态m m 在时间间隔内通过断面水流的质量，在时间间隔内通过断面水流的质量，kgkg；WW 水流重力，水流重力，N N；P P 水膜表面摩擦力，水膜表面摩擦

43、力，N N ；Q Q 立管中下落水流的流量，立管中下落水流的流量，m m3 3/s/s； 水的密度，水的密度，kg/ mkg/ m3 3；t t 时间，时间，s s；g g 重力加速度，重力加速度，m/sm/s2 2； 水流与管壁的切应力，水流与管壁的切应力，N/ mN/ m2 2；d dj j 立管内径，立管内径，m m； L L分离体的长度即中空圆柱水膜体的单元长度分离体的长度即中空圆柱水膜体的单元长度，m m。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.4 立管中水流状态立管中水流状态在紊流状态下：在紊流状态下： 28u3/1p1

44、212. 0eK返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.4 立管中水流状态立管中水流状态 沿程阻力系数，沿程阻力系数， 值的大小与管壁粗糙高度值的大小与管壁粗糙高度K Kp p ， m m和水膜厚度和水膜厚度m m有关有关；K Kp p管壁粗糙高度，管壁粗糙高度，m m； e e 水膜厚度，水膜厚度，m m； u u 分离体下降速度，分离体下降速度，m/sm/s。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.4 立管中水流状态立管中水流状态令令u u= = l l/ / t t

45、 ，整理后得：，整理后得： 当水流下落达到动态平衡时，即当水流下落达到动态平衡时，即d du/u/d dt t=0=0 时，此时的水流时，此时的水流下降速度为终限速度（下降速度为终限速度（u ut t ），水膜厚度为），水膜厚度为e et t ，流量为，流量为Q Qt t 。则。则终限速度为：终限速度为： 331ptjtt)(21KedQgu j33/1p81212. 0dueKgQdtdutm331ptjtt)(21KedQgu 返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.4 立管中水流状态立管中水流状态在终限流速在终限流速u ut

46、t时的水膜厚度时的水膜厚度e et t可按下述关系求得可按下述关系求得, ,此时的此时的流量为：流量为：忽略忽略e et t2 2，则上式为：，则上式为： 4)2(2tj2jttedduQttjtuedQttjtuedQttjtuedQjjttudQejjttudQe返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.4 立管中水流状态立管中水流状态终限速度与流量、管径和管壁粗糙高度之间的关系：终限速度与流量、管径和管壁粗糙高度之间的关系： u ut t 终限速度，终限速度，m/sm/s；K Kp p 管壁粗糙高度，管壁粗糙高度，m m；Q Q

47、t t 终限流速时的流量，终限流速时的流量，m m3 3/s/s； d dj j 管道内径，管道内径，m m。5/2jt10/1pt14 . 4dQKu返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.5 排水立管在水膜流时的通水能力排水立管在水膜流时的通水能力立管的最大排水能力立管的最大排水能力排水管道的最大排水能力，应根据水膜流状态时的立管排水管道的最大排水能力，应根据水膜流状态时的立管过流能力进行计算。过流能力进行计算。即：即： 水膜流状态的流量是立管允许通过的流量的上限水膜流状态的流量是立管允许通过的流量的上限。在水膜流状态，当达到终

48、限流速时，水量下降流速和水膜厚在水膜流状态，当达到终限流速时，水量下降流速和水膜厚度保持不变，则度保持不变，则立管排水量立管排水量可用以下公式计算：可用以下公式计算：tttAuQ返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.5 排水立管在水膜流时的通水能力排水立管在水膜流时的通水能力Q Qt t 终限速度时立管排水量，终限速度时立管排水量，m m3 3/s/s；u ut t 终限速度，终限速度，m/sm/s；A At t终限流速时的过水断面面积，终限流速时的过水断面面积，m m2 2。42tj2jeddAt5/2jt10/1ptjtt1)

49、(4 . 4dQKedeQtttAuQ返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.5 排水立管在水膜流时的通水能力排水立管在水膜流时的通水能力在实际应用中水膜厚度在实际应用中水膜厚度e et t不易测定，用过水断面面积不易测定，用过水断面面积A At t与管道断面面积与管道断面面积A Aj j的比值的比值 来代替，令来代替，令d do o= =d dj j-2-2e et t ，则有：，则有：2j0jt1ddAA2j0jt1ddAAj2/101ddj2/101dd1121jtde1121jtde1121jtde1121jtde返回本章总

50、目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.5 排水立管在水膜流时的通水能力排水立管在水膜流时的通水能力 终限速度终限速度和和终限长度终限长度： 3/8j3/56/1pt19 .7dKQ3/2j3/26/1pt110dKu3/4j3/43/1pt143.14dKl返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.5 排水立管在水膜流时的通水能力排水立管在水膜流时的通水能力由于管道材料和制造技术不同，管道的粗糙度由于管道材料和制造技术不同，管道的粗糙度K Kp p不均匀，不均匀，工程中计算采用工程

51、中计算采用“当量粗糙度当量粗糙度”概念。概念。 常见的室内排水管道常见的室内排水管道当量粗糙度当量粗糙度K Kp p 值值见当量粗糙高度值表。见当量粗糙高度值表。当量粗糙度：当量粗糙度：与实际管道的沿程阻力系数与实际管道的沿程阻力系数 值相等的同直径人工粗糙管值相等的同直径人工粗糙管的粗糙高度的粗糙高度K Kp p 。不同管径时的水膜厚度不同管径时的水膜厚度有专用通气管的系统中，水膜流状态下，水流充满整个管有专用通气管的系统中，水膜流状态下，水流充满整个管道断面时道断面时 =1/4=1/41/31/3 ，代入，代入e et t计算式，可求出不同管径时的计算式，可求出不同管径时的水膜厚度，见水膜

52、流状态时水膜厚度表。水膜厚度，见水膜流状态时水膜厚度表。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.5 排水立管在水膜流时的通水能力排水立管在水膜流时的通水能力当量粗糙高度值当量粗糙高度值水膜流状态时水膜厚度水膜流状态时水膜厚度管材种类聚氯乙烯管新铸铁管旧铸铁管轻度锈蚀钢管管壁粗糙高度（mm）0.0020.0150.150.501.03.00.25管道内径（）5075100125150e/d1/43.35.06.78.410.01/14.97/244.05.97.99.911.91/12.61/34.66.99.211.513.81/1

53、0jtAAjtAAAAt返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.5 排水立管在水膜流时的通水能力排水立管在水膜流时的通水能力在选定管径后，又知在选定管径后，又知A At t/ /A Aj j值，从上表可查得相应的值，从上表可查得相应的 e et t值，代入计算公式，即可得到排水立管呈水膜流时的流量和值，代入计算公式，即可得到排水立管呈水膜流时的流量和终限流速，见排水管里水膜流时的流量和终限流速表。终限流速，见排水管里水膜流时的流量和终限流速表。返回本章总目录返回本书总目录前进后退管径（mm）排水流量（l /s）终限流速（m /s）1

54、/51/47/241/31/51/47/241/3500.721.051.351.701.842.142.372. 60752.133.003.735.072.422.803.043.421004.66.708.6510.902.933.403.774. 1415013.619.6525.9032.103.854.454.985.42jtAAjtAA排水管里水膜流时的流量和终限流速排水管里水膜流时的流量和终限流速3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.5 排水立管在水膜流时的通水能力排水立管在水膜流时的通水能力返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、

55、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.6 影响立管内压力波动因素及防止措施影响立管内压力波动因素及防止措施影响排水立管内部压力的因素影响排水立管内部压力的因素空气在两个断面上的能量方程为：空气在两个断面上的能量方程为：gvKdLgPgvgPgva2)(222121020普通单立管系统，普通单立管系统，水流由横支管水流由横支管进入立管，进入立管，在立管中呈水膜流状态挟在立管中呈水膜流状态挟气向下流动，空气从伸顶通气管顶端气向下流动，空气从伸顶通气管顶端补入。选取立管顶部空气入口处为基补入。选取立管顶部空气入口处为基准面准面(0(00)0)，另一断面，另一断面(1(11)1)选在排选在排水横

56、支管下最大负压形成处。水横支管下最大负压形成处。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.6 影响立管内压力波动因素及防止措施影响立管内压力波动因素及防止措施水舌水舌是水流在是水流在冲激流冲激流状态下，由横支管进入立管下落，状态下，由横支管进入立管下落，在在横支管与立管连接部横支管与立管连接部短时间内形成的水力学现象。短时间内形成的水力学现象。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.6 影响立管内压力波动因素及防止措施影响立管内压力波动因素及防止措施它沿进水流动方向充塞立管

57、断面，同时，水舌两侧有两它沿进水流动方向充塞立管断面，同时，水舌两侧有两个气孔作为空气流动通路。这两个气孔的断面远比水舌上方个气孔作为空气流动通路。这两个气孔的断面远比水舌上方立管内的气流断面积小，在水流的作用下，向下流动的空气立管内的气流断面积小，在水流的作用下，向下流动的空气通过水舌时，造成通过水舌时，造成空气能量的局部损失空气能量的局部损失。在排水立管管径一。在排水立管管径一定的条件下，水舌局部阻力系数定的条件下，水舌局部阻力系数K 与排水量大小，横支管与与排水量大小，横支管与立管连接处的几何形状有关。立管连接处的几何形状有关。返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气

58、流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.6 影响立管内压力波动因素及防止措施影响立管内压力波动因素及防止措施P P1 1立管内最大负压值，立管内最大负压值，PaPa； 空气密度，空气密度，kg/mkg/m3 3；K Kp p管壁粗糙高度，管壁粗糙高度，m m；Q Q排水流量，排水流量，m m3 3/s/s；d dj j管道内径，管道内径，m m； 空气阻力系数。空气阻力系数。 221tvP54511168.9jPdQKP立管内最大负压值立管内最大负压值返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.6 影响立管内压力波动因素及防止措施影响

59、立管内压力波动因素及防止措施由上式可以看出，由上式可以看出，立管内最大负压值的大小立管内最大负压值的大小：与排水立：与排水立管内壁粗糙高度和管径成反比；与排水流量、终限流速以及管内壁粗糙高度和管径成反比；与排水流量、终限流速以及空气总阻力系数成正比。空气总阻力系数成正比。 空气总阻力系数中，水舌阻力系数空气总阻力系数中，水舌阻力系数K K 值最大，值最大，是是的几十倍，其他几项都很小。的几十倍，其他几项都很小。但是，当排水立管不伸顶通气时，局部阻力但是，当排水立管不伸顶通气时，局部阻力，排，排水时造成的负压很大，水封极易破坏，水时造成的负压很大，水封极易破坏， 因此对不通气系统的最大通水能力作

60、了严格的限制，参因此对不通气系统的最大通水能力作了严格的限制，参见见排水立管最大排水能力排水立管最大排水能力表表。排水立管最大排水立管最大排水能力排水能力表表点击查看点击查看返回本章总目录返回本书总目录前进后退3.3排水管系中的水、气流动规律排水管系中的水、气流动规律3.3.6 影响立管内压力波动因素及防止措施影响立管内压力波动因素及防止措施稳定立管内压力和增大通水能力的措施稳定立管内压力和增大通水能力的措施排水系统设计中，在保证排水系统设计中，在保证水封不被破坏水封不被破坏的前提条件下，的前提条件下，最大限度的最大限度的提高排水立管的通水能力提高排水立管的通水能力，即达到了经济和安全，即达到