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論文--“管道及配件阻力系數的取值對虹吸排水系統計算結果的影響”

時間：2010-11-4

管道及配件阻力系數的取值對虹吸排水系統計算結果的影響

趙力軍1 Goh(吳俊汐)2 艾旭3 廖國健3 （1.廣州市設計院 2.Fast Flow LTD 3.捷流技術工程（廣州）有限公司）

摘要:

隨著虹吸排水系統在國內建筑行業內的廣泛應用，眾多虹吸排水系統廠商應運而生，同時帶來一些問題及思考。其中虹吸系統應用的管材種類及配件的規格繁多，其阻力系數的確立及使用會對系統設計的成敗造成一定影響。目前，大多數計算為圖方便或缺少實測數據往往只采用教科書上提供的經驗常數，從而導致計算結果與實際情況產生偏差。因此，除了計算公式及軟件模型的建立外，所使用材料及配件的實測阻力系數也是決定虹吸系統計算結果是否準確可靠的一個關鍵因素。

關鍵詞:阻力系數,沿程水頭損失,局部水頭損失,虹吸,伯努利方程。

1.虹吸排水系統設計計算的原理

虹吸雨水排水系統的設計是以滿管流作為理論基礎，使用流體不可壓縮的能量守衡定律伯努利方程進行系統設計計算，利用建筑高度為有效工作水頭，雨水通過排水管道排水產生壓力在立管段產生負壓帶動整個系統持續排水。如下面的伯努利方程計算所示，方程中壓力和水頭損失兩大因素為未知數，而水頭損失中包含沿程損失和局部損失兩方面因素。

伯努利方程：

2.水頭損失的計算

按既定的設計排水量為條件設計虹吸雨水排水系統的管徑，需要明確計算出系統中沿程損失及局部損失，沿程水頭損失計算公式與局部水頭損失計算公式（如公式1和2所示）。計算的關鍵在于和的數據，這可從國家現行規范及技術手冊中查得一般管道材質的摩阻系數和簡單的局部阻力系數。

公式1：；公式2：；

3. 阻力系數的常規取值

管道系統中的阻力系數包含管道的摩阻系數和配件的局部阻力系數。目前設計采用的虹吸雨水排水管材及管件五花八門，除個別廠家可提供專用的虹吸雨水排水管材及配件外，大多數都采用其它管材及配件來替代。現行標準或規范中對這些種類繁多的不同排水管材的摩阻系數和配件的局部阻力系數多為一筆帶過，只在設計技術手冊中略為提供一部分數據供參考。

4.阻力系數的正確取值

虹吸雨水排水系統的設計依據為不可壓縮流體的伯努利方程，精確阻力系數的使用是系統設計成敗的關鍵因數之一。從設計技術手冊及規范獲得的部分阻力系數值，只能用于一般的粗略計算，虹吸供應商使用的所有管道及配件的實測阻力系數才可作為深化設計計算的依據。

5.計算結果差異的實例

要使虹吸雨水排水系統設計計算安全可靠，則需要強而有力的數據作后盾支持。阻力系數的正確使用在虹吸系統中的重要性體現在每個節點的計算，阻力系數稍有不正確，各節點累計偏差的傳遞會影響系統最終的效果。以下列出的例子可說明選用不同的異阻力參數，經計算后兩系統的工況將會出現截然不同的結果。

6.結論

現國內正興起建筑屋面虹吸雨水排水技術的應用。若虹吸廠家的系統設計中未能提供準確的阻力參數及可靠的依據的話，則其使用管道及配件的阻力參數的可靠性存在著質疑。

綜上所述，虹吸雨水排水系統應用的管材及管件是多樣性的，依據系統設計的特點及精確要求，使用的阻力參數必須可靠并準確。在虹吸系統設計計算的過程中，通過大量的實驗測量獲得準確的管道及配件阻力數據是最基礎的工作之一，這個工作繁復、耗時和耗資巨大，有沒有做這樣細致的基礎工作是衡量一個設計是否可靠的非常關鍵的依據之一。

參考文獻：
1.《給水排水設計手冊》第1冊常用資料第二版，中國市政工程西南設計研究院主編，中國建筑工業出版社；
2.《虹吸式屋面雨水排水系統技術規程》CECS 183：2005，同濟大學建筑設計研究院主編，中國計劃出版社；
3.《建筑給水排水設計規范》GB50015-2003版，上海現代建筑設計（集團）有限公司主編，中國計劃出版社
4. 作者：伍悅濱王芳，《工程流體力學》（水力學），中國建筑工業出版社；

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