高层住宅排水系统排水能力评估与预测

摘要

随着高层住宅的迅速普及，住宅层数越来越高、卫生器具越来越多，排水系统的设计也越来越复杂。同时，随着生活水平的提高，排水系统安全性能和卫生性能也越来越受重视。卫生器具的水封作为住宅排水管道的安全屏障，对室内水环境卫生和人们的健康安全起到了十分重要的作用。排水系统的安全主要是一定排水工况和压力波动下确保卫生器具水封不被破坏，而水封不被破坏又与排水系统的排水能力相关。论文针对高层住宅排水系统排水能力的评估问题，依靠住宅排水系统性能检测平台，将理论分析和足尺试验研究相结合，通过研究不同排水系统内的压力波动成因和气压分布规律、排水系统排水能力的评估方法、建立排水系统排水能力预测模型等，为保障高层住宅排水系统卫生安全提供基础数据和设计标准。
　　论文的研究内容和成果如下：
　　①定流量法下排水系统内压力波动成因与分布规律
　　通过对试验过程进行反复观察，发现立管内流体的流动随排水流量的不同表现出多种流态，进而对各种流态进行了描述与分析。特别地，发现了水由连续到非连续的“离散-雾化”现象，它不仅改变了流动介质的状态，还改变了流动介质的属性。在此基础上进一步对排水立管内水流相变的成因进行了分析，在理论上对排水管道内气压波动机理进行了阐述。通过对排水系统立管不同位置立管中心处的气、水混合物密度的测定，定性的分析了“离散-雾化”现象对压力的影响，并通过对“离散-雾化”造成压力波动影响的数量级估计可知，“离散-雾化”对立管内部的气压产生很大影响。
　　此外还根据量纲分析原理，对影响管内压力波动的参数进行分析，定性给出了不同类型排水系统（伸顶通气系统、专用通气系统、特殊单立管系统）立管内特征压力和主控参数之间的关系。
　　采用单一变量原则设计试验方案，对不同类型排水系统（伸顶通气系统、专用通气系统、特殊单立管系统）在定流量排水条件下进行了测量，获得不同工况下的管内压力分布特征曲线和规律，得到了特征压力和主控因素（管径、排水系统高度和排水流量）之间的关系，可以进一步为超高层住宅排水系统排水能力的预测和排水管道系统设计提供依据。
　　②高层住宅排水系统排水能力评估研究
　　分别采用定流量法和瞬间流量法对几种不同构造存水弯的卫生器具的水封波动进行足尺试验研究，探讨了各卫生器具的水封损失与系统内压力的关系，确定住宅排水系统排水能力的判定标准。利用得到的判定标准来评估排水系统的排水能力。
　　采用定流量法、瞬间流量法分别对不同类型排水系统（伸顶通气系统、专用通气系统和特殊单立管系统）的14种不同管配件排水系统进行排测试，利用得到的判定标准，对每种排水系统的排水能力进行评估，得到各系统的排水能力值。将结果与《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003（2009版）中规定的最大设计排水能力进行比对分析，为《建筑给水排水设计规范》的修订提出建议和测试数据。
　　③超高层住宅排水系统排水能力的预测模型
　　在足尺试验研究的基础上，通过对高层住宅排水系统的试验结果进行分析，采用量纲分析和回归分析法，构建超高层住宅排水系统排水能力的预测模型，对得到的结果通过编程进行软件开发，以便于直接用于超高层住宅排水系统的设计；其次是探索采用数值模拟的方法研究排水系统内部空气场和水流状况，确定较为合理数值计算模型，给出立管内压力的分布规律，并对数值结果进行回归分析建立相应的预测模型。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及存在的问题

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及意义

1.4 技术路线

2 试验平台系统与测试方法

2.1 试验平台系统

2.2 定流量法

2.3 瞬间流量法

3 定流量法下排水系统内压力波动成因与分布规律

3.1 排水系统内压力波动成因分析

3.2 排水系统内压力波动主控因素与相似率分析

3.3 定流量法下伸顶通气系统压力分布规律分析

3.4 定流量法下专用通气系统压力分布规律分析

3.5 定流量法下特殊单立管系统压力分布规律分析

3.6 小结

4 高层住宅排水系统排水能力评估研究

4.1 排水系统排水能力的判定标准

4.2 高层住宅排水系统排水能力评估方法

4.3 定流量法的高层住宅排水系统排水能力评估

4.4 瞬间流量法的高层住宅排水系统排水能力评估

4.5 定流量法与瞬间流量法的排水能力比对分析

4.6 小结

5 超高层住宅排水系统排水能力预测模型

5.1 超高层住宅排水系统排水能力预测方法

5.2 超高层住宅排水系统排水能力的试验法预测模型

5.3 超高层住宅排水系统排水能力的数值模拟法预测模型

5.4 小结

6 结论与展望

6.1 论文主要工作及结论

6.2 主要创新点

6.3 下一步研究展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读博士期间发表的论文

B. 作者在攻读博士期间所参与的科研项目