《建筑给水排水工程》教案 第5章建筑内部的排水系统 第5章建筑內部的排水系统 5-1排水系统的分类和组成 污水管道分类 1生活排水2.工业废水3.雨排水 合流制:将上述三类污废水中的两类或三类统一用一套管道系统排出 分流制:分别设置管道系统排出 建筑内排水系统组成 卫生器具或生产设备受水口 2.排水管系 卫生器具排水管:横支管:;立管:总干管:出户管 3.通气管系 通气管系作用: 1)向排水管内补给空气,水流畅通,减小气压变化幅度,防止水封破坏 2)排出臭气和有害气体 3)使管内有新鲜空气流动,减少废气对管道的锈蚀 通气管形式 1)伸顶通气 离出屋面0.3m,且大于积雪厚 管径:北方比立管大一号 南方比立管小一号 2)专用通气管(管径比最底层立管管径小一级) 当立管设计流量大于临界流量时设置,且每隔二层与立管相同 3)结合通气管(不小于所连接的较小一根立管管径) 10层以上的建筑每隔6~8层设结合通气管,连续排水立管及通气管 4)环形通气管(管径见p105表6-1 横支管连接6个以上的便器,横支管连接4个以上的卫生器具且管道长度大于12m时 设置 5)安全通气管 横支管连接卫生器具较多且管线较长时设置 6)卫生器具通气管 卫生标准及控制噪音要求高的排水系统 4.清通设备 检查口:立管上,距地面1.0m,隔10m设置,顶、底层设。 清扫口:横管,隔一定间距清通用 5.抽升系统 6.室外排水管道:室外第一个检查井至城市下水道之间管道。 7.污水局部处理构筑物 5-2排水管系中的水气流动的物理现象 水封及水封破坏 二.排水横管中的水、气流动 水流流态和基本特征
《建筑给水排水工程》教案 第 5 章 建筑内部的排水系统 - 1 - 第 5 章 建筑内部的排水系统 5-1 排水系统的分类和组成 一. 污水管道分类 1.生活排水 2.工业废水 3.雨排水 合流制：将上述三类污废水中的两类或三类统一用一套管道系统排出。 分流制：分别设置管道系统排出 二. 建筑内排水系统组成 1. 卫生器具或生产设备受水口 2. 排水管系 卫生器具排水管；横支管；立管；总干管；出户管 3. 通气管系 通气管系作用： 1) 向排水管内补给空气，水流畅通，减小气压变化幅度，防止水封破坏 2) 排出臭气和有害气体 3) 使管内有新鲜空气流动，减少废气对管道的锈蚀 通气管形式 1) 伸顶通气 离出屋面 0.3m，且大于积雪厚 管径：北方 比立管大一号 南方 比立管小一号 2) 专用通气管(管径比最底层立管管径小一级) 当立管设计流量大于临界流量时设置，且每隔二层与立管相同 3) 结合通气管(不小于所连接的较小一根立管管径) 10 层以上的建筑每隔 6~8 层设结合通气管，连续排水立管及通气管 4) 环形通气管(管径见 p105 表 6-1) 横支管连接 6 个以上的便器，横支管连接 4 个以上的卫生器具且管道长度大于 12m 时 设置。 5) 安全通气管 横支管连接卫生器具较多且管线较长时设置 6) 卫生器具通气管 卫生标准及控制噪音要求高的排水系统。 4. 清通设备 检查口：立管上，距地面 1.0m，隔 10m 设置，顶、底层设。 清扫口：横管，隔一定间距清通用 5. 抽升系统 6. 室外排水管道：室外第一个检查井至城市下水道之间管道。 7. 污水局部处理构筑物。 5-2 排水管系中的水气流动的物理现象 一. 水封及水封破坏 二. 排水横管中的水、气流动 水流流态和基本特征
《建筑给水排水工程》教案 第5章建筑内部的排水系统 (b) 图5-1横支管内压力变化 1.冲激流 水流特点:历时短,流速大,来势猛,尤其是大变器的支管上更明显 现象:形成水跃,使水面壅起,短时间充满管道断面,流速增加,动能亦增加。这种不 稳定的非均匀流一一冲激流。一定时间后水面下降,流速下降。 结论:冲激流虽然在短时间内形成高峰流量,但由于设计充满度的考虑,使管道有足够 的空间容纳高峰流量,且v↑,故不会冒水。 冲激流以较高的流速冲刷沉积物,有利于排水支管的排水功 2.压力变化 a横支管 排水管一一非满流,给空气留有自由空间,冲激流状态下,排水点处形成水塞,使空气 不能自由流动,引起压力波动,如: ①B点大量排水,形成水塞,充满管道,AB管段气体受到压缩,压力升高,正压,BD 段气体受压缩,形成正压,使存水弯中水层上升直至破坏,称正压喷溅 ②随水流排出,AB管空气随水流流走,且由空间增大而变扩疏,形成负压,抽吸A存 水弯中的水层,使之下降,甚至全部流失。当满流水流至C点,会因惯性抽吸C点水层水, 使之下降,甚至全部抽走一—抽吸 冲激流引起正压负压变化,不利于排水横支管正常工作 b.横干管 注意:对多层建筑地下横管来说所,当立管排来水量过大时,在立管底部产生强烈的冲 激流,此时参混在水中的气体受阻不能自由运动,受到强烈的使管内压力增加,形成正压区 严重时,将污水从底层卫生器具存水弯中反喷出来,因此在无专用通气立管时,设计时应将
《建筑给水排水工程》教案 第 5 章 建筑内部的排水系统 - 2 - 图 5-1 横支管内压力变化 1. 冲激流 水流特点：历时短，流速大，来势猛，尤其是大变器的支管上更明显。 现象：形成水跃，使水面壅起，短时间充满管道断面，流速增加，动能亦增加。这种不 稳定的非均匀流——冲激流。一定时间后水面下降，流速下降。 结论：冲激流虽然在短时间内形成高峰流量，但由于设计充满度的考虑，使管道有足够 的空间容纳高峰流量，且 v↑，故不会冒水。 冲激流以较高的流速冲刷沉积物，有利于排水支管的排水功能。 2. 压力变化 a.横支管 排水管——非满流，给空气留有自由空间，冲激流状态下，排水点处形成水塞，使空气 不能自由流动，引起压力波动，如： ①B 点大量排水，形成水塞，充满管道，AB 管段气体受到压缩，压力升高，正压，BD 段气体受压缩，形成正压，使存水弯中水层上升直至破坏，称正压喷溅。 ②随水流排出，AB 管空气随水流流走，且由空间增大而变扩疏，形成负压，抽吸 A 存 水弯中的水层，使之下降，甚至全部流失。当满流水流至 C 点，会因惯性抽吸 C 点水层水， 使之下降，甚至全部抽走——抽吸 冲激流引起正压负压变化，不利于排水横支管正常工作。 b.横干管 注意：对多层建筑地下横管来说所，当立管排来水量过大时，在立管底部产生强烈的冲 激流，此时参混在水中的气体受阻不能自由运动，受到强烈的使管内压力增加，形成正压区， 严重时,将污水从底层卫生器具存水弯中反喷出来，因此在无专用通气立管时，设计时应将
《建筑给水排水工程》教案 第5章建筑内部的排水系统 底层横支管与地下横管中心线距离应有最小高度。 5-6层0.75m(低):7~9层3m:20层6m 且规定立管底部距横支管水平距离不得小于1.5m 三.排水立管中的水、气流动 (a) (b) (c) 图5-2立管水流状态 1.立管中水气流的基本特征 ①断续的非均匀流;②水气两相一一部分充满水,水流夹气;③形成气压核心一一水流 中空部分包卷着气体(水包气)引起压力变化 2.立管中水流运动的三个阶段 ①附壁螺旋状态流 流量小时,水流附着管壁作螺旋运动(因水流受到管壁摩擦阻力),空气可以自由流通, 气压稳定为大气压。 ②水膜流 水流增加到足以覆盖住管壁,管壁的吸附力大于水的表面张力,使水流附着在管壁作片 状的水膜流状态下落 水膜流具有二个主要特征 a.会形成短时间的水塞——隔膜流,但管道中有足够的空气量可以冲破水塞,使之继 续作水膜运动,1/3~1/4充水率 b.水膜运动由变速运动到匀速运动 水膜形成后作加速运动,膜的厚度与下降变速运动的速度成正比,在足够长的管段上 当重力与摩擦力相等时,已不变,ν亦不变,此时的流速ν终限流速 ③水塞运动 当流量达到充水率1/3以上时隔膜流形成频繁,形成不易破坏的水塞,水塞引起立管气 体压力激烈波动,形成有压冲击流,在其前方形成正压,后方则为负压,其数值足以对卫生 器具水封产生回压及抽吸现象,不利排水工况 综上,对于一定的管径的立管,夹气水流的大小,决定着立管工况的优劣,因此必须把
《建筑给水排水工程》教案 第 5 章 建筑内部的排水系统 - 3 - 底层横支管与地下横管中心线距离应有最小高度。 5~6 层 0.75m(低)；7~9 层 3m；20 层 6m。 且规定立管底部距横支管水平距离不得小于 1.5m。 三. 排水立管中的水、气流动 图 5-2 立管水流状态 1. 立管中水气流的基本特征 ①断续的非均匀流；②水气两相——部分充满水，水流夹气；③形成气压核心——水流 中空部分包卷着气体(水包气)引起压力变化 2. 立管中水流运动的三个阶段 ①附壁螺旋状态流 流量小时，水流附着管壁作螺旋运动(因水流受到管壁摩擦阻力)，空气可以自由流通， 气压稳定为大气压。 ②水膜流 水流增加到足以覆盖住管壁，管壁的吸附力大于水的表面张力，使水流附着在管壁作片 状的水膜流状态下落。 水膜流具有二个主要特征： a. 会形成短时间的水塞——隔膜流，但管道中有足够的空气量可以冲破水塞，使之继 续作水膜运动，1/3~1/4 充水率。 b. 水膜运动由变速运动到匀速运动 水膜形成后作加速运动，膜的厚度与下降变速运动的速度成正比，在足够长的管段上， 当重力与摩擦力相等时， e 不变， v 亦不变，此时的流速 t v 终限流速 ③水塞运动 当流量达到充水率 1/3 以上时隔膜流形成频繁，形成不易破坏的水塞，水塞引起立管气 体压力激烈波动，形成有压冲击流，在其前方形成正压，后方则为负压，其数值足以对卫生 器具水封产生回压及抽吸现象，不利排水工况 综上，对于一定的管径的立管，夹气水流的大小，决定着立管工况的优劣，因此必须把
《建筑给水排水工程》教案 第5章建筑内部的排水系统 立管的水流流量控制在一定的范围内,以免在水流下降的过程中引起管道内压力的波动。立 管的最适宜流量应在水膜形成的范围内,即充水率为1/3~1/4,此时,即充分发挥了立管的 通水能力,而其压力波动又不至于太大(控制在允许范围内),立管设计流量负荷极限值,依 此原则确定 3.排水立管中水膜流运动的动水力分析 力学分析的目的:确定各种管径立管的通水能力 水膜一一中空的圆柱体状 若按自由落体其下降v=√2gH 试验表明:立管内的水流并非作自由落体运动,而是在下降之初具有加速度,e与v成 正比。水流下降一段距离后,当水流受到的管壁摩擦阻力P与重力W等平衡时,便做匀速 运动α=0,ε不再变化。这种一直降落到立管底部保持不变的下落速度一一终限流速。自水 流入口到开始形成终限流速的距离,称为终限流速。 根据牛顿第二定律,建立排水立管中水膜流动运动的微分方程式,按终限流速和终限长 度的定义,并引入有关参数,经数学运算得 =1.75(-)0(2)5或v,=4(2") L1=0.144332或L,=231(,)5 其中:v—终限流速(m/s) Qn-污水立管下落的水流的流量(Ls) d,——立管内径(cm) L-一终限长度 K,——管壁粗糙高度(m),(新铸铁管K=25×103m) 分析 ①对DN100立管,当Q2=9/s时,v1=4ms,当Q、v超过上述值时,立管中的水流为 非水膜状态。 ②DN00,Q=9s,L=3.0m,说明污水由立管经过30m降落后,流速v和e不变 流态稳定。表明横支管的排水在立管内引起了压立变化,不会对相邻层横支管的水封产生影 水力学分析的目的:确定立管在压立允许波动范围内最大通水能力,提供立管设计依 据,我们把下降的水膜视为一中空的圆锥体。取ML长度的基本小环,该脱离体在变加速下 降过程中同时受到二个力的作用
《建筑给水排水工程》教案 第 5 章 建筑内部的排水系统 - 4 - 立管的水流流量控制在一定的范围内，以免在水流下降的过程中引起管道内压力的波动。立 管的最适宜流量应在水膜形成的范围内，即充水率为 1/3~1/4，此时，即充分发挥了立管的 通水能力，而其压力波动又不至于太大(控制在允许范围内)，立管设计流量负荷极限值，依 此原则确定。 3. 排水立管中水膜流运动的动水力分析 力学分析的目的：确定各种管径立管的通水能力。 水膜——中空的圆柱体状 若按自由落体其下降 v = 2gH 试验表明：立管内的水流并非作自由落体运动，而是在下降之初具有加速度， e 与 v 成 正比。水流下降一段距离后，当水流受到的管壁摩擦阻力 P 与重力 W 等平衡时，便做匀速 运动 a =0，e 不再变化。这种一直降落到立管底部保持不变的下落速度——终限流速。自水 流入口到开始形成终限流速的距离，称为终限流速。 根据牛顿第二定律，建立排水立管中水膜流动运动的微分方程式，按终限流速和终限长 度的定义，并引入有关参数，经数学运算得： 5 2 10 1 ) ( ) 1 1.75( p j t d Q K v = 或 5 2 4( ) j u t d Q v = 2 t 0.14433 t L = v 或 5 4 2.31( ) j u t d Q L = 其中： t v ——终限流速(m/s) Qu ——污水立管下落的水流的流量(L/s) j d ——立管内径(cm) Lt ——终限长度 K p ——管壁粗糙高度(m)，(新铸铁管 K p =25×10-5m) 分析： ①对 DN100 立管，当 Qu =9l/s 时， t v =4m/s，当 Q 、v 超过上述值时，立管中的水流为 非水膜状态。 ②DN100，Q =9l/s， Lt =3.0m，说明污水由立管经过 3.0m 降落后，流速 v 和 e 不变， 流态稳定。表明横支管的排水在立管内引起了压立变化，不会对相邻层横支管的水封产生影 响。 水力学分析的目的：确定立管在压立允许波动范围内最大通水能力，提供立管设计依 据，我们把下降的水膜视为一中空的圆锥体。取 L 长度的基本小环，该脱离体在变加速下 降过程中同时受到二个力的作用：
《建筑给水排水工程》教案 第5章建筑内部的排水系统 ①重力,W=mg=Q·pt·g ②摩擦力↑P=τ·丌·d,·ML 根据牛顿第二定律: F=ma= m 22dvm8-T.d,AL g 丌·A·d·△L·v d=8 紊流:r=2 8 其中:m--t时刻内通过该断面的水流质量(kg) g——重力加速度(m/s2) Q——下落水流流量(m3s) p——水密度(kg/m2) 【—时间(s) —一水流内摩擦力,单位面积上平均切应力(N/m2) 当v→v,时,e→e,此时v,=cost,=01212()3,K—一管壁粗糙高度(m) 即=0,将=0.1212()3代入 dt 终限流速:v,=1.75().g )5,此时Q一—L/s;d 终限长度: dt dl dt dL L=0.44(-)0( 四.排水立管的设计负荷 排水立管的允许通过的流量按水膜流计算,即按ν,和e,确定其流量 d-2 (d1-e1) Q,=O, 1, =re, d, -e,).v
《建筑给水排水工程》教案 第 5 章 建筑内部的排水系统 - 5 - ①重力↓ W = mg = Q t g ②摩擦力↑ P = d j L 根据牛顿第二定律： W P dt dv F = ma = m = − m g d L dt dv m = − j Qt d L v g dt dv j 8 2 = − 紊流： 2 8 = v 其中： m——t 时刻内通过该断面的水流质量(kg) g ——重力加速度(m/s2 ) Q ——下落水流流量(m3 /s) ——水密度(kg/m2 ) t ——时间(s) ——水流内摩擦力，单位面积上平均切应力(N/m2 ) 当 v→ t v 时， e → t e ，此时 v t t = cos ， 3 1 0.1212( ) e Kp = ，K p ——管壁粗糙高度(m) 即 = 0 dt dv ，将 3 1 0.1212( ) e Kp = 代入 终限流速： 5 2 10 1 ) ( ) 1 1.75( p j t d Q K v = ，此时 Q ——L/s； j d ——cm。 终限长度： v dL dv dt dL dL dv dt dv = = 5 2 10 1 ) ( ) 1 0.44( p j t d Q K L = 四. 排水立管的设计负荷 排水立管的允许通过的流量按水膜流计算，即按 t v 和 t e 确定其流量 u t t Q = v ( 2 ) ( ) 4 ( ) 4 2 2 2 0 2 t j j j t j t = d − d = d − d − e = e d − e u t t t j t t Q = v = e (d − e ) v ⊿L dj e P W=mg d0 dj e et
《建筑给水排水工程》教案 第5章建筑内部的排水系统 K,一—取25×105m 解,=147(d-e 时中d,为已知,故预求O需确定e,=? 在前面分析中知:水膜流时,立管充水率为=、1 管断面) (d2-d3) =| 当2=1时,即1-(4y3=1.,4=1-1=075=086 即do=0.866d d,-dod,-0866d 2=0.067d 2 当d,=100时,d=100,e,=9.2mm 上式告诉我们:虽立管径d=100,e,=67~92mm管内绝大部分面积通气!而不 是Q=d2·v超过e压力波动。 工程中,把二= 对应的(终限状态时的列表pl13表6-3 4243 根据O147e、(d-e, 选定不同的d,按表6-3的比值求出e代入上式,求出不同d时的立管呈水膜状态 的流量,列表6-4(p14)
《建筑给水排水工程》教案 第 5 章 建筑内部的排水系统 - 6 - 5 2 4( ) j u t d Q v = K p ——取 25×10-5m 解： 3 2 3 5 1.47 ( ) d e d e Q t t u − = l/s 时中 j d 为已知，故预求 Q 需确定 t e =？ 在前面分析中知：水膜流时，立管充水率为 4 1 ~ 3 1 = t ( t ——过流断面， ——立 管断面)。 0 2 2 2 0 2 1 ( ) 4 ( ) 4 j j j t d d d d d = − − = 当 4 1 = t 时，即 4 1 1 ( ) 0 2 − = d j d ； 0.75 0.866 4 1 1 0 = − = = d j d 即 d 866d j 0. 0 = j j j j t d d d d d e 0.067 2 0.866 2 0 = − = − = 当 d j = 100 时， d =100，et = 9.2 mm 上式告诉我们：虽立管径 d =100，et = 6.7 ~ 9.2 mm 管内绝大部分面积通气！而不 是 Q = d v 2 4 超过 t e 压力波动。 工程中，把 4 1 = t ， 24 7 ， 3 1 对应的 j t d e (终限状态时的)列表 p113 表 6-3 根据 3 2 3 5 1.47 ( ) d e d e Q t t u − = 选定不同的 d ，按表 6-3 j t d e 的比值求出 t e 代入上式，求出不同 d 时的立管呈水膜状态 的流量，列表 6-4(p114)
《建筑给水排水工程》教案 第5章建筑内部的排水系统 再根据V,=4(y)求出相应的Q、d时的v,列表64p14 我国现行排水规范对排水立管临界流量=一呈水膜状态的通水能力原因:①实验是新 管,实际上使用一段时间后管道的粗糙度增加,即K↑,过流能力下降20~33%。②实验是 清水 注意:表6-4立管呈水膜状态时最大允许通水能力,决非设置专用通气立管与否的判别 标志,是否需要设置专用通气立管以改善系统的压力波动是以管内压力波动值在士 25mmH2O来判断
《建筑给水排水工程》教案 第 5 章 建筑内部的排水系统 - 7 - 再根据 5 2 4( ) j u t d Q v = 求出相应的 Qu 、 j d 时的 t v 列表 6-4(p114)。 我国现行排水规范对排水立管临界流量= 2 1 呈水膜状态的通水能力原因：①实验是新 管，实际上使用一段时间后管道的粗糙度增加，即 K ↑，过流能力下降 20~33%。②实验是 清水。 注意：表 6-4 立管呈水膜状态时最大允许通水能力，决非设置专用通气立管与否的判别 标志，是否需要设置专用通气立管以改善系统的压力波动是以管内压力波动值在± 25mmH2O 来判断