APARTMENT | No.42 Hệ thống đường ống nước trong tòa nhà ( Phần 12)

Apartmen Chuyên đề: Hệ thống đường ống nước trong toà nhà ( Phần 12)

ĐIỀU TRA VÀ PHÂN TÍCH

Khả năng tự hút nước

Các đặc tính của dòng nước và không khí Lưu lượng dòng chảy trong ống xả Phương pháp để định cỡ lỗ thông hơi

42

LƯU HÀNH NỘI BỘ

nt Xin kính chào Quý độc giả!

Chúng tôi rất vui mừng khi được tiếp tục gặp lại Quý vị ở số Tạp chí mới này. Ở 2 số trước, chúng tôi đã giới thiệu tới Quý vị về các điều kiện dòng chảy cũng như hiện tượng búa nước và tầm quan trọng của chúng tới hệ thống đường ống nước. Tuy nhiên, để một dòng chảy trong hệ thống đường ống nước hoạt động một cách ổn định và an toàn thì vẫn còn nhiều yếu tố khác quan trọng không kém. Vì vậy, ở số Tạp chí này chúng tôi sẽ mang tới Quý vị một cách trọn vẹn tất cả các yếu tố còn lại để Quý vị có được một cái nhìn tổng quát nhất về dòng chảy trong hệ thống đường ống nước trong tòa nhà. Các yếu tố này có thể là từ các thiết bị, áp suất, tính chất vật lý của đường ống, chất hóa học cũng như các lý thuyết về cơ học chất lỏng. Đội ngũ chúng tôi mong rằng sẽ tiếp tục nhận được sự ủng hộ và đón đọc của Quý độc giả để có thể tiếp tục mang đến những sản phẩm chất lượng hơn nữa.

Xin chân thành cảm ơn!

Hoàng Mạnh Hùng Phó Tổng biên tập

Chịu trách nhiệm nội dung

Hội đồng biên tập Nguyễn Danh Hải Nguyễn Hồng Minh Nguyễn Hoàng Thanh Nguyễn Quang Huy Hoàng Minh Nguyễn Lưu Hồng Hải Nguyễn Cảnh Toàn Lê Tất Anh Hoàng Bá Thuận Cam Văn Chương Đỗ Trung Hiếu Cao Tiến Trung Tổng biên tập Nguyễn Tất Hồng Dương Phó Tổng biên tập Hà Minh An Biên tập & Thiết kế Phòng phát triển Cộng động Website www.iirr.vn facebook.com/iirr.com

06. Điều tra và phân tích khả năng tự hút nước 20. Xả nước từ bồn cầu 26. Điều tra và phân tích lưu lượng và áp suất của các dòng chảy chồng và định cỡ lỗ thông hơi 28. Các đặc tính của dòng nước và không khí 39. Lưu lượng dòng chảy trong ống xả 40. Phương pháp để định cỡ lỗ thông hơi 55. Phân tích sâu hơn về dòng chảy xuống dạng vành, không khí bị cuốn vào và lực hút 63. Ảnh hưởng của chất tẩy rửa đối với luồng không khí bị cuốn vào trong các đường ống xả đứng 65. Ảnh hưởng của lý thuyết cơ học chất lỏng đến hệ thống thoát nước và cấp nước của tòa nhà

Điều tra và phân tích khả năng tự hút nước

H

u

y

hiện tượng tự hút mất nước trong xi phông khi xả xảy

ra với một bồn xả, bẫy

D

H

Y

nước và ống thải điển hình được lắp đặt đã được nghiên cứu bởi Wise (1954).

Dòng chảy từ một chậu rửa có ống xả với độ dốc

(L - y)

nhỏ dốc được minh họa trong tạp chí này số 36.

Không khí hiện hữu khi lỗ 0

X V

v

θ

thoát tràn của chậu rửa mở; sự hình thành xáy ốc là kết quả của dòng xoáy trong chậu rửa. Việc chặn

x

d

0

X

lỗ thoát tràn giúp loại bỏ không khí trong phần lớn quá trình xả nhưng dòng xoáy sẽ cung cấp một ít

Hình 8.13: Bản vẽ định nghĩa cho quá trình tự hút nước khi kết thúc xả

không khí ở cuối dòng chảy. Các điều kiện khi kết thúc xả (hình 4.8) được biểu diễn bằng sơ đồ trong hình 8.13. Cột nước gãy ngay bên ngoài xi phông. .

6 Apartment

Một lượng nước được giữ trong xi phông nhưng do quán tính, dòng nút trong ống thải vẫn tiếp tục chuyển động. Do đó, một phần chân không sinh ra dẫn đến việc một lượng nước trong xi phông bị loại bỏ cũng như nước đang chảy vào chậu rửa. Các bọt khí được hút qua tầng nước chặn trong xi phông trong quá trình chuyển động này sẽ hỗ trợ quá trình chảy ngược bằng hoạt động bơm của chúng và kết quả cuối cùng của dòng nút này là sự hao tổn nước trong xi phông.

Apartment 7

8 Apartment

D

ưới tác động của sự chênh lệch áp suất trên dóng nút giữa không khí ở đầu ống xả và túi khí giảm áp (được hỗ trợ bởi lực cản ma sát), dòng

nút chậm lại và nằm yên trong ống. Sau đó, nó bắt đầu di chuyển trở lại xi phông do áp suất duy trì khác nhau, trong khi lượng nước còn lại trong xi phông giảm trở lại vị trí cân bằng của nó. Kết quả thực là, nếu dòng nút đã nằm yên gần xi phông, dòng hồi lưu sẽ làm đầy một phần hoặc hoàn toàn xi phông. Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thử nghiệm cho các thiết lập điển hình.

Áp suất âm sinh ra trong giai đoạn hút cũng rất quan trọng; như trong hình 8.14 nó rơi xuống dưới mức áp suất khí quyển một lượng xấp xỉ bằng độ sâu lớp nước trong xi phông và sau đó dao động về giá trị này. Với chuyển động dài của dòng nút, như trong hình 8.14, luồng không khí đi qua xi phông có xu hướng khôi phục áp suất về mức áp suất khí quyển và do đó lực hút về cuối hành trình nhỏ hơn độ sâu của nước trong xi phông. Sự dao động áp suất tương ứng với sự di chuyển của bọt khí qua xi phông.

Apartment 9

Xu hướng chung của các kết quả là bất kỳ sự gia tăng nào về tổng cột nước hoặc giảm sức cản sẽ gia tăng hao tổn nước trong xi phông, bởi vì những thay đổi này cho phép dòng nút di chuyển xa hơn khỏi xi phông, do đó tăng thời gian hút nước và giảm lượng nước nạp vào xi phông từ ống thải.

Áp suất bình ngưng

Áp kế

Độ sâu nước

trong xi phông

100

50

2.05

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

Lực hút (mm nước)

500

0

v

0.6 0.4

z

2

1.0

0.8

0.6

0.2

0.4

0.2

0

Hình 8.14: Ví dụ về vận tốc và lực hút trong quá trình tự hút nước

10 Apartment

Vận tốc (m/s)

0.8

+10 0

1200

1100

1000

-30

900

-20 800

s − ¾d (mm)

-10

-40

700

600

500

400

300

200

-60

100

-50

z (mm)

Hình 8.15: Hao tổn nước trong xi phông do hiện tượng tự hút nước chống lại sự di chuyển của dòng nút

Một phân tích lý thuyết về dòng chảy và chuyển động của dòng nút đã được xác nhận

bằng

thực

nghiệm

(Wise 1954) với kết quả cuối cùng được thể hiện trong hình 8.15. Cho ra phương trình tính lượng nước hao tổn trong xi phông với độ sâu nước trong xi phông và quãng đường di chuyển z.

Các phương trình được phát triển để tính z theo các thông số đường ống, hình 8.13 và tốc độ xả. Công trình mang đến một sự hiểu biết rõ ràng để hỗ trợ các đề xuất thiết kế.

Apartment 11

Các điều kiện là khác nhau khi

(a)

sử dụng các ống thải lớn hơn.

Hình 8.16 minh họa dòng chảy quan sát được trong các ống 40 mm nhận nước từ các xi phông bằng đồng có lỗ khoan 32 mm.

Như đã chỉ ra trong hình (a) dòng chảy lấp đầy đường ống khi sự

100 mm (b) Bước nhảy thủy lực

mở rộng xảy ra ngay bên ngoài xi phông và độ dốc khoảng 7 phần trăm hoặc nhỏ hơn. Điều này dẫn đến hoạt động của dòng nút khi kết thúc quá trình xả và có thể

(c)

gây mất lớp nước trong xi phông. Ở độ dốc lớn hơn một chút và giả sử lỗ thoát tràn mở, một túi khí

50 mm

sinh ra phía trên xi phông, như trong hình (b), kết thúc bằng một bước nhảy thủy lực. Trong các thử nghiệm sử dụng một đường

(d) Bước nhảy thủy lực

ống dài 1,25 m ở độ dốc 9%, bước nhảy được thiết lập khoảng 250 mm từ ống xả, và áp suất trong túi khí được tìm thấy là khoảng 50 mm (đo bằng đồng hồ nước) dưới áp suất khí quyển.

12 Apartment

Bo tròn 40 mm

Hình 8.16: Các ví dụ về dòng chảy trong các ống thải mở rộng

Khi quá trình xả kết thúc, bước nhảy di chuyển về hường đầu vào một chút nhưng chưa chạm tới xi phông, và áp suất âm trong túi khí dẫn đến sự sụt giảm 60 mm của độ sâu nước trong xi phông. Ở độ dốc lớn hơn khoảng 11%, bước nhảy hình thành như mô tả ở trên nhưng di chuyển từ từ xuống đường ống và rơi vào ống xả trước khi quá trình xả kết thúc. Do đó, một phần chân không đã được giảm bớt, vì không có lực hút ở cuối dòng chảy nên nước trong xi phông vẫn đầy. Trong những điều kiện này, việc bịt lỗ thoát tràn đã làm phát sinh dòng nước đầy đường ống và sau đó là dòng nút và hao tổn nước trong xi phông.

Apartment 13

Với xi phông có đuôi dài 50 mm như trong hình (c) và (d) với các điều kiện khác nhau. Phần đuôi đưa nước vào đường ống ở độ sâu khoảng 3/4 đầy ống và lưu lượng sau đó phụ thuộc vào độ dốc của đường ống và các điều kiện ở hạ lưu. Với một ống xả 100 mm và có độ dốc lớn hơn 2%, đồ thị trong hình (c) xuất hiện khi ống thải thẳng. Hao tổn nước trong xi phông là con số không vì không xảy ra hiện tượng chảy ngược vào cuối quá trình. Trong các điều kiện tương tự nhưng với một đường ống nhỏ hơn, thu được đồ thị trong hình (d). Sự cản trở do đường ống có đường kính nhỏ gây ra hiện tượng chảy ngược với bước nhảy thủy lực.

14 Apartment

Áp suất không khí trong túi tăng lên khoảng 40 mm (đo bằng đồng hồ nước) so với áp suất khí quyển khi nước chảy ngược hình thành, nhưng dần dần giảm xuống 60 mm dưới áp suất khí quyển. Điều này dẫn đến sự hao tổn đáng kể của nước trong xi phông ngoại trừ ở những đoạn ống bằng phẳng, khi bước nhảy chạy ngược dòng lên xi phông và làm đầy nó. Hiện tượng chảy ngược cũng xảy ra khi một khúc cua vuông góc nằm ngang có bán kính 75 mm trở xuống được đưa vào đường ống thải.

Apartment 15

Thông thường có thể tránh được hiện tượng chảy ngược bằng cách làm cong đoạn nối từ ống thải vào trong đường ống xả như trong hình (d). Dòng chảy sau đó xuất hiện như trong hình (c) và không bị hao tổn nước trong xi phông.

Với một xi phông bằng đồng bán kính lớn được kết nối với ống 40 mm, dòng chảy được thể hiện trong hình (a) thường xảy ra và dẫn đến hao tổn đáng kể nước trong xi phông. Dường như độ cong lớn hơn của đường cong đầu ra của bẫy đồng có xu hướng dẫn nước lên phía trên về phía đầu ống, trong khi điện trở thấp hơn của bẫy này có xu hướng tạo ra tốc độ xả cao hơn; hai yếu tố này kết hợp với nhau để làm cho dòng chảy đầy lỗ có nhiều khả năng hơn.

16 Apartment

Lý thuyết dòng kênh hở (Wise 1954) có thể được sử dụng để dự đoán loại dòng chảy trong ống mà thường quá lớn để dòng nút xảy ra. Các yếu tố quan trọng là những yếu tố đã được thảo luận trước đó (xem thêm Hình 8.17); chúng là độ sâu ‘bình thường’ và ‘tới hạn’ hn và hc và độ dốc tới hạn θc. Đối với mục đích tính toán, lưu lượng trung bình Q có thể được lấy bằng 0,7 l/s từ các thử nghiệm của xi phông đồng 32mm. Tốc độ xả trong giai đoạn đầu của dòng chảy lớn hơn tốc độ này từ 10 đến 15%. Đường kính ống D là 40 mm. Giá trị của hn, hc và

θc có thể được tính toán từ những dữ liệu này bằng cách sử dụng các phương trình dòng chảy thay đổi dần đối với ống dẫn tròn: hc = 37 mm đối với lưu lượng xả lớn nhất và 34 mm đối với lưu lượng xả trung bình; độ dốc tới hạn tương ứng

θc là 0,0191 và 0,0154.

Apartment 17

Một minh họa lý thuyết được đưa ra trong hình 8.17 cho thấy các mặt cắt xảy ra khi nước được tiếp nhận ở độ sâu nhỏ hơn hc = 37 mm và độ dốc thực tế lớn hơn θc = 2%. Mặt cắt A tương ứng với hình 8.16 (c) đối với ống thẳng và ống xả lớn; bề mặt tiệm cận với hn, và ở độ dốc 9%, ví dụ, với hn = 17 mm, chiều sâu ở đầu ra thực tế là 18 mm. Mặt cắt B tương ứng với hình 8.16 (d); một khúc cua gấp hoặc một ống xả nhỏ gây ra một bước nhảy qua độ sâu tới hạn để vượt quá dòng chảy đầy ống. Các điều kiện nhỏ hơn độ dốc tới hạn có thể được dự báo theo cách tương tự.

B

A

θ>θc

hc

Hình 8.17: Hình vẽ định nghĩa dòng kênh hở

18 Apartment

hn

Tốc độ lưu lượng dòng chảy (l/s)

1.6

1.2

0.8

0.4

0

2

4

6

8

10

12

14

Hình 8.18: Ví dụ về đường cong xả cho bồn cầu với bể xả tách rời nối bởi xi phông chữ S sử dụng 9 lít nước

Apartment 19

XẢ NƯỚC TỪ BỒN CẦU Kiến thức về tốc độ dòng chảy của nước từ các thiết bị vệ sinh là cơ sở để thiết kế hệ thống thoát nước.

Lưu lượng từ các thiết bị như chậu rửa đã được thảo luận ở phần trên và bây giờ chúng ta xem xét dòng chảy từ bồn cầu. Thiết bị đo lường được thiết kế đặc biệt đã được sử dụng để xác định tốc độ dòng chảy và chúng thay đổi như thế nào theo thời gian, tức là để xác định đặc tính xả nước của thiết bị. Hình 8.18 cho thấy một ví dụ điển hình về loại đường cong thu được. Lưu lượng đỉnh đạt được nhanh chóng và kéo dài trong một thời gian ngắn; tốc độ dòng chảy chậm lại sau đó tiếp tục trong vài giây.

Các giá trị thu được phụ thuộc vào tốc độ cấp nước vào bồn xả và vào các chi tiết của nó, nhưng thường không phải trên phía đầu ra của đường ống vì lưu lượng dòng chảy ở đó không thể đầy ống. Bảng 8.3 cung cấp dữ liệu cho một số loại bồn cầu khác nhau, bao gồm lưu lượng đỉnh, lưu lượng đỉnh trên 1 giây và thời gian trong đó lưu lượng vượt quá 0,1 l/s. Dữ liệu này hướng dẫn việc lựa chọn các giá trị đại diện của tốc độ dòng chảy và thời gian để sử dụng các quy trình thiết kế trong thực tiễn. Các phép đo cũng được thực hiện đối với các đặc tính xả của từng thiết bị riêng lẻ sau khi dòng chảy di chuyển một khoảng cách qua đường ống. Tốc độ xả của ống xả đứng vẫn là một hằng số hợp lý.

20 Apartment

Sự suy giảm có nhiều khả năng ảnh hưởng đến dòng phóng điện của thiết bị trong đường ống dài nằm ngang. Hình 8 .19 minh họa ảnh hưởng đối với việc xả từ WC 6 lít do nó đi dọc theo 12m cống đường kính 100 mm được đặt ở độ dốc 1/50 hoặc 1/100. Sẽ thấy rằng lưu lượng đỉnh giảm từ 1,75 l / s tại vòi WC xuống 1 l / s ở 1/50 và 0,5 l / s ở 1/100. Sự suy giảm dự đoán, suy ra bằng các phương pháp thảo luận trong chương 9, cũng được trình bày để so sánh. Cần nhấn mạnh rằng dạng suy giảm này phụ thuộc vào cấu hình phóng điện của thiết bị cũng như các bộ phận thoát nước. Hồ sơ xả WC, tạo ra những thay đổi tương đối nhanh về dòng chảy, suy giảm nhanh chóng, như được minh họa.

Sự phóng điện từ bồn rửa, bồn tắm, vòi hoa sen hoặc bồn rửa với dòng chảy ổn định gần như trong thời gian dài sẽ thể hiện ít hoặc không có sự suy giảm lưu lượng đỉnh, mặc dù một số phần kéo dài của thời lượng dòng chảy sẽ xảy ra khi phần đuôi của dòng chảy lan rộng; xem chương 9. Hình 8.19 cũng cho thấy một đặc điểm khác của sự suy giảm sóng, một đường viền rõ ràng của mép dẫn sóng, trong khi phần đuôi của sự phóng điện lan rộng.

Apartment 21

Thiết bị

Xi

Tốc độ

Tốc độ

Thời

phông

dòng

dòng chảy

gian xả

chảy

đỉnh trong

đỉnh

thời gian 1

cho Qw

(l/s)

giây (l/s)

≥ 0,11/s (s)

Bồn cầu 9l két nước ở dưới thấp Bồn cầu 9l két nước ở phía trên cao Bồn cầu; 5,91 Bồn cầu; 6,81

Bảng 8.3: Các thông số dòng chảy cho bồn cầu 9 lít và 5−7 lít

22 Apartment

Bảng 8.4 minh họa tốc độ dòng chảy đỉnh và thời gian dòng chảy cho cùng một WC, được đo và dự đoán, ở cuối 12m của cống có đường kính 75 mm, 100 mm và 150 mm ở hai độ dốc 1/50 và 1/100. Những số liệu này xác nhận rằng sự suy giảm phụ thuộc nhiều vào độ dốc của ống và ít hơn vào đường kính ống. Các giá trị dự đoán cũng được hiển thị, trong ngoặc đơn, cho phép so sánh. Những kết quả này được ghi nhận tại Đại học Heriot-Watt như một phần của cuộc đánh giá các nhà vệ sinh ít xả nước của Mỹ.

Apartment 23

2.0

1.8

1.6

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0 15

30

45

Hình 8.19: Sự suy giảm lượng nước xả bồn cầu 6 lít trên một ống cống 12m, đường kính 100 mm, đặt ở độ dốc 1/50 và 1/100, so với mức suy giảm dự đoán, dựa trên mặt cắt xả bồn cầu và thông số của cống thoát

24 Apartment

Chỉ bồn cầu, không cống thoát

Độ dốc ống

Đ.kính (mm)

Bảng 8.4: Ảnh hưởng của độ dốc và đường kính ống đến sự suy giảm lưu lượng bồn cầu 6 lít dọc theo 12m cống

Apartment 25

ĐIỀU TRA VÀ PHÂN TÍCH LƯU LƯỢNG VÀ ÁP SUẤT CỦA CÁC DÒNG CHẢY CHỒNG VÀ ĐỊNH CỠ LỖ THÔNG HƠI 26 Apartment

Thiết kế đạt yêu cầu của hệ thống ống dẫn đất và chất thải trong các tòa nhà lớn đòi hỏi phải có kiến thức về áp suất phát triển trong các đường ống thẳng đứng chạy đầy một phần.

Trong thực tế, các đường ống thoát nước thẳng đứng phải mở ở trên cùng để thoát khí hôi và điều này có nghĩa là, khi nước được xả xuống đường ống, không khí được hút ở phía trên, đi xuống cùng với nước và thải vào cống rãnh.

Tỷ lệ giữa không khí và lưu lượng nước có thể lớn bằng 100 đến 1, với lưu lượng không khí thực tế là từ 10 đến 200 l / s. Lưu lượng không khí và áp suất phụ thuộc vào lực cản giữa nước và không khí và vào lực cản ma sát của các thành phần của hệ thống.

Nghiên cứu đã tìm kiếm một sơ đồ tổng quát để tính toán áp suất tối đa trên và dưới atmos-pheric phát sinh trong thực tế. Như với hầu hết các bài toán về dòng chất lỏng, cần phải kết hợp lý thuyết với các hệ số xác định bằng thực nghiệm.

Apartment 27

CÁC ĐẶC TÍNH CỦA DÒNG NƯỚC VÀ KHÔNG KHÍ Trong khi hầu hết các hệ thống lắp đặt thủy lực liên quan đến dòng nước liên tục, các hệ thống ống dẫn đất và chất thải trong các tòa nhà được sử dụng không liên tục và dòng chảy từ các thiết bị riêng lẻ có thể chỉ kéo dài trong vài giây. Điều này đặt ra nhu cầu đánh giá tải từ quan điểm xác suất (chương 1); nhưng thực tế là các dòng chảy riêng lẻ chỉ có thời gian ngắn cũng phải được xem xét trong phân tích thủy lực. Nhiều cuộc điều tra dòng chảy đường ống được thực hiện trong phòng thí nghiệm đã sử dụng dòng chảy liên tục để giảm bớt vấn đề quan sát và đo lường các tính năng và thông số liên quan của dòng chảy. Công việc như vậy đã cho phép xây dựng một bức tranh về các đặc điểm của dòng chảy trong các nhánh và ống thẳng đứng và đã cung cấp một số dữ liệu cơ bản cần thiết cho một phương pháp thiết kế tổng quát.

Nhiều công việc cũng đã được thực hiện bằng cách sử dụng phóng điện bình thường của thiết bị, cả trong phòng thí nghiệm và hiện trường. Điều này đã cung cấp dữ liệu để bổ sung cho dữ liệu thu được với dòng chảy liên tục.

28 Apartment

Một số nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng, với tốc độ của dòng nước gặp phải trong thực tế, gần như tất cả lượng nước xả chảy xuống đường ống như một tấm hai pha mỏng trên thành trong của ống, phần còn lại của đường ống bị chiếm bởi lõi không khí. . Điều này đã được chứng minh bằng các thí nghiệm trong các tòa nhà tám và 32 tầng có các đường ống 100 mm và 150 mm lần lượt bằng PVC và gang (Pink 1973 (i)). Một đầu dò hỗn hợp được sử dụng để đi ngang qua một đường ống mang theo các tốc độ dòng nước khác nhau; sự giảm điện trở qua đầu của đầu dò cho thấy sự hiện diện của nước ở đầu dò. Hình 8.20 cho thấy các kết quả điển hình với nước được đưa vào đường ống thông qua các phụ kiện nhánh xuôi. Người ta thấy rằng dòng chảy nói chung là hai pha; dòng nước trong lõi không khí chỉ bằng một vài phần trăm của dòng chảy trong vòng tròn. Độ dày ước tính được thể hiện bằng các nét đứt trong các hình.

Apartment 29

Nước đi vào đường ống thẳng đứng từ một nhánh được dẫn vào thành đường ống và chảy xuống dưới, sau đó, như một tấm hai pha. Nước tăng tốc dưới tác động của trọng lực và, giả sử dòng chảy thể tích không đổi, độ dày của tấm giảm tương ứng. Sau khi rơi 2 hoặc 3 m, vận tốc đầu và độ dày đạt được, vượt quá tốc độ và độ dày về cơ bản không đổi. Để đơn giản, tấm nước có thể được coi như một vật thể cứng chuyển động xuống một bức tường thẳng đứng của mặt phẳng, bỏ qua gradient vận tốc xuyên tâm mà trên thực tế, sẽ tồn tại. Để tìm vận tốc đầu cuối và / hoặc độ dày, chúng ta sử dụng mối quan hệ rằng lực gia tốc bằng lực hấp dẫn trừ lực cản ma sát, lưu ý rằng khi đạt đến vận tốc đầu cuối thì gia tốc bằng không và lực hấp dẫn cân bằng với lực ma sát. Đối với dòng chảy đầy đủ của đường ống, hệ số ma sát, đường kính ống, số Reynolds và độ nhám của ống có liên quan như được trình bày trước đó trong phương trình Colebrook-White cho các điều kiện hỗn loạn mịn và hỗn loạn thô và cho sự chuyển đổi giữa hai điều kiện. Như đã cho trước đó, phương trình là:

trong đó λ là hệ số ma sát, k là đường ống độ nhám, D là đường kính ống và Re là số Reynolds của chất lỏng. Trong điều kiện dòng chảy đầy đủ của ống λ=8τ0/ρν2 trong đó 0 là ứng suất cắt biên, ρ là mật độ chất

lỏng và ν là vận tốc chất lỏng. Thay thế cho λ trong phương trình 8.3.

30 Apartment

Có thể chỉ ra rằng phương trình (8.3) có thể được áp dụng cho các điều kiện dòng chảy có bề mặt tự do nếu bán kính thủy lực RH, được xác định bằng tỷ số giữa diện tích mặt cắt ngang của dòng chảy trên vùng thấm ướt. Có thể chỉ ra rằng phương trình (8.3) có thể là áp dụng cho các điều kiện dòng chảy có bề mặt tự do nếu bán kính thủy lực RH, được xác định bằng tỷ số giữa diện tích mặt cắt ngang của dòng chảy trên bề mặt được làm ướt Có thể chỉ ra rằng phương trình (8.3) có thể được áp dụng cho các điều kiện dòng chảy có bề mặt tự do nếu thủy lực bán kính RH, được định nghĩa là tỷ lệ giữa diện tích mặt cắt ngang của dòng chảy trên đồng hồ đo chu vi được làm ướt, thay thế cho đường kính ống. Đối với dòng chảy đầy đủ của đường ống:

rD2 / 4 D R

Thay Re bằng vD = 􏰃 và thay D theo RH trong phương trình (8.8): pV28 0= —2log10, k = 14.8R trong đó V là độ nhớt động học của chất lỏng.

Xét dòng chảy hai pha trong một ống thoát nước thẳng đứng (hình 8.21), cân bằng lực tương đương lực ma sát với lực hấp dẫn trên chiều dài của hai pha ∆L, có độ dày đầu mút t và chuyển động với vận tốc đầu cuối V, cho: rD 0∆L = prDt∆Lg

0 = ptg

Apartment 31

Trong sự cân bằng này, ứng suất cắt giữa nước và lõi không khí i được bỏ qua vì nó có thể được chứng minh là nhỏ so với T0. Ngoài ra, theo tính liên tục, QW bằng rDtV và:

RH = rDt / rD = t

Thay thế cho V, cho T0 và cho RH trong phương trình (8.9) và sắp xếp lại:

32 Apartment

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Đường kính ống

Hình 8.20: Di chuyển theo góc vuông trên đường ống 100 mm với tốc độ 2l / s; phóng điện từ độ cao 7,5 m.

Phương trình này có thể được giải lặp lại cho t. Giá trị của độ dày hai pha t được dự đoán theo cách này được đưa vào để so sánh với dữ liệu thực nghiệm trong hình 8.20. Các độ dày được tính toán được biểu thị bằng các đường đứt nét. Phương trình (8.10) cung cấp cơ hội để tính toán cả độ dày của thiết bị đầu cuối và vận tốc. Sẽ rất hữu ích khi giảm biểu thức này để liên kết trực tiếp vận tốc đầu cuối với đường kính đường ống và tốc độ dòng chảy.

Apartment 33

Từ hình 8.21 trong vùng dòng chảy gia tốc, phương trình chuyển động chỉ ra rằng:

trong đó t0 là thời gian:

Theo đó:

Do đó, vận tốc đầu cuối, Vw, tại t = T.terminal trở thành:

Khi dVw / d1 = 0 khi đạt đến điều kiện đầu cuối.

Thuật ngữ (2g / f) sẽ được công nhận từ phương trình dòng chảy kênh mở liên quan đến hệ số Chezy C:

Trong đó m là độ sâu trung bình thủy lực trong dòng chảy kênh bề mặt tự do trong đó độ nhám của kênh được biểu thị bằng hệ số Manning, n. Đối với các mục đích thực tế (chương 5), dòng chảy hình vòng trong đường ống bị giới hạn ở độ dày đầu cuối bằng một phần mười sáu của đường kính đường ống, tức là một phần tư mặt cắt ngang của đường ống được chứa đầy nước. Các nút đầy lỗ của nước có xu hướng hình thành với lưu lượng cao Hình 8.21: Bản phác thảo định nghĩa cho dòng chảy hai pha

hơn. Vì vậy, nó là một phép gần đúng thích hợp để coi dòng chảy hai pha như thể nó ở trong một kênh hình chữ nhật, nơi tỷ lệ chiều rộng và chiều sâu của dòng chảy là 16.

34 Apartment

Độ sâu trung bình thủy lực thích hợp m đã được chứng minh là tương đương với độ dày dòng chảy, t. Do đó, khi t 􏰌 Qw = 􏰈DVw, bằng cách thay thế cho C2:

Do đó:

Đối với đường ống PVCU điển hình, mịn, n 􏰌 0: 007 và do đó K 􏰌 12: 4. Giá trị này so sánh chặt chẽ với giá trị được trích dẫn bởi Chakrabarti (1986) và các tác giả khác, bao gồm Wyly (1964). Giá trị của K thu được bằng cách vẽ biểu đồ Vt với 􏰎Qw = D􏰏0: 4 cho ra giá trị hệ số là 14,9 đối với đường ống trơn, một lần nữa dẫn đến sự đồng ý rộng rãi với giá trị đã tính ở trên. Thỏa thuận này có hiệu lực xác nhận việc sử dụng giá trị xấp xỉ CheÂzy cho lực kháng ma sát hai pha.

Apartment 35

Khoảng cách cần thiết để đạt được vận tốc đầu cuối cũng có thể được xác định từ phương trình chuyển động của dòng hai pha gia tốc như sau:

Trong đó V là vận tốc màng nước hai pha trong thời gian t1: ….

Thay thế cho vận tốc đầu cuối mang lại:

Trong đó 􏰆 􏰌 V = Vt. Tích hợp mang lại sự khác biệt về vận tốc đầu cuối và độ dày tại Z = Zterminal:

Tuy nhiên, kết quả sẽ là vô hạn vì dòng chảy sẽ tiệm cận điều kiện giới hạn. Quy trình thông thường là tính toán khoảng cách đến 99% điều kiện đầu cuối, tức là 􏰆 􏰌 0:99 làm giới hạn tích hợp trên.

Do đó, độ rơi thẳng đứng cần thiết để đạt được vận tốc đầu cuối, tính theo đơn vị SI, là: Zt 􏰌 0:159Vt2

36 Apartment

Tuy nhiên, kết quả sẽ là vô hạn vì dòng chảy sẽ tiệm cận điều kiện giới hạn. Quy trình thông thường là tính toán khoảng cách đến 99% điều kiện đầu cuối, tức là 􏰆 􏰌 0:99 làm giới hạn tích hợp trên.

Do đó, độ rơi thẳng đứng cần thiết để đạt được vận tốc đầu cuối, tính theo đơn vị SI, là: Zt 􏰌 0:159Vt2 225 14 200

Hình 8.22 minh họa lưu lượng tối đa cho phép trong đường ống dựa trên giới hạn độ dày màng hai

12

175

pha, đường kính mười sáu, cùng với vận tốc đầu cuối tương ứng, đối với vật liệu

150

10

xếp chồng có giá trị Manning n là 0,007. Tương tự, hình 8.23 minh họa khoảng cách thẳng đứng

125

8

cần thiết để đạt được điều kiện đầu cuối này, cả tính bằng mét và đường kính

100 6 75

đường ống. Sẽ thấy rằng chiều dài thiết bị đầu cuối yêu cầu hiếm khi vượt quá

4 50

chiều cao một hoặc hai tầng, một kết quả hỗ trợ việc sử dụng vận tốc đầu cuối trên chiều dài lớn hơn

2

25

của một đường ống thẳng đứng trong một tòa nhà nhiều tầng.

0

100

200

300

0

Hình 8.22: Vận tốc đầu cuối dòng chảy hai pha và tốc độ dòng chảy tối đa cho phép đối với độ dày màng đầu cuối thứ mười sáu. Đường ống mượt mà

Apartment 37

26

70

24 60

22 20

50

18 16

40

14 12

30

10 8

20

6 4

10

2 0 0

50

100

150

200

250

300

Hình 8.23: Chiều dài đường ống theo chiều dọc cần thiết để đạt

được các điều kiện đầu cuối ở lưu lượng tối đa cho phép, dựa trên độ dày màng đường kính đường ống một phần mười sáu Các phương trình xác định vận tốc và độ dày dòng chảy đầu cuối, và khoảng cách cần thiết phải rơi để đạt được các điều kiện này, xác nhận mối quan hệ mong đợi - tàu, ví dụ sự thống trị của đường kính đường ống, trong những kết quả này. Vận tốc đầu cuối thấp hơn trong các đường ống thô hơn, khoảng cách cần thiết cũng giảm. Độ dày của thiết bị đầu cuối tăng khi vận tốc cuối cùng đạt được giảm.

38 Apartment

CÔNG SUẤT DÒNG NƯỚC HOẶC ĐƯỜNG ỐNG Sử dụng công thức thực nghiệm (Manning) cho ma sát đường ống, đơn giản hơn phương trình Colebrook-White, Wyly và Eaton (1961) suy ra một biểu thức cho vận tốc đầu cuối trong các đường ống.

Họ kết hợp điều này với phương trình liên tục để có được một biểu thức cho khả năng chảy về đường kính đường ống và phần u của mặt cắt ngang của đường ống bị chiếm dụng bởi nước. Đây là: Q = 31,9u5 / 3 D8 / 3 (8,11) trong đó Q tính bằng mét khối trên giây và D tính bằng mét, và ống bằng gang. Nó giảm xuống: Q = 1.бD8 / 3 với e chồng chảy đầy một phần sáu và Q = 3,15D8 / 3 với đường ống chảy mộtđầy quý Loại thứ hai được đề xuất như một giới hạn trên cho công suất vì các lỗ cắm đầy nước có xu hướng hình thành với lưu lượng cao hơn. Những khám phá này, cùng với các quy tắc đơn giản về kích thước lỗ thông hơi, đã tạo cơ sở cho việc phát triển một số bảng định cỡ trong các mã và tiêu chuẩn, bao gồm BS 5572 và tiêu chuẩn CEN được đề xuất (De Cuyper 1993); xem chương 5.

Các số liệu cho mục đích này đã được làm tròn.

Ví dụ, cách tiếp cận đơn giản hơn này có thể được so sánh với hình 8.22 đưa ra các giá trị cho ‘dòng chảy một phần tư’ trong các đường ống trơn (xem thêm hình 5.12).

Apartment 39

PHƯƠNG PHÁP ĐỂ ĐỊNH CỠ LỖ THÔNG HƠI Một cách tiếp cận để tính toán tổng quát về độ thông hơi lần đầu tiên được thử nghiệm bởi Wise (1957a) và Lillywhite và Wise (1969). Trong bài báo thứ hai, một sơ đồ tính toán đã được đưa ra để tạo ra các bảng định cỡ cho lỗ thông hơi và chúng tạo thành một phần của BS 5572 (1994), và xem Phụ lục 1. Bây giờ chúng tôi mô tả các khía cạnh chính cần xem xét trong bài báo này. phương pháp.

Cách tiếp cận gần nhất với đường ống được đổ đầy nước xảy ra ở các đầu vào nhánh từ các thiết bị. Với một nhánh nhỏ xả vào một đường ống lớn, một hình trụ nước có đường kính tương đương với nhánh nằm ngang qua đường ống (hình 4.13) và điều này được nhìn thấy trên sơ đồ như một dải chắn một phần mặt cắt ngang, như được biểu diễn theo sơ đồ trong hình. 8.24 (a). Hình 8.24 (b) và (c) đưa ra ý tưởng về các điều kiện phát triển khi đường kính nhánh và đường ống bằng nhau, như với WC.

40 Apartment

Không khí có thể chảy xuống qua cửa vào qua vùng trống ở hai bên mặt nước. Sau đó, bức tranh là một dòng nước hai pha chảy xuống đường ống tạo ra một luồng không khí đi xuống. Đặc biệt là tại các đầu vào của nước, nhưng cũng tại các đường ống thay đổi hướng, nhiều mặt cắt ngang bị chiếm bởi nước vì vận tốc nước nhỏ hơn trong dòng chảy hai pha. Tại những điểm như vậy, và cả ở phần khô của đường ống phía trên nhánh trên cùng đang phóng điện, có một lực cản đối với dòng khí.

Hình 8.24: Các sơ đồ để minh họa các nhánh phóng điện vào một đường ống

Apartment 41

SỰ PHÂN BỐ ÁP SUẤT trong một đường ống Với một nhánh xả, sự phân bố áp suất không khí trong đường ống được thể hiện dưới dạng sơ đồ - ví dụ trong hình 8.25. Đỉnh của đường ống ở áp suất khí quyển. Áp suất giảm xuống phần khô của ống AB, tức là có một lực hút, tương ứng với sự mất mát ma sát của đường ống trong chiều dài này.

42 Apartment

6

A

5

B

4

-ve 3

2

1

+ve G G Hình 8.25: Sơ đồ minh họa dạng thay đổi áp suất trong đường ống có một nhánh xả

Apartment 43

Tại B, nơi xả nước, áp suất không khí giảm rõ rệt. Sau đó, áp suất tăng từ B đến C trong dòng chảy hai pha và A tại C cao hơn áp suất khí quyển một lượng tùy thuộc vào lực cản của chỗ uốn cong và thoát nước. Tốc độ thay đổi của áp suất theo khoảng cách được gọi là gradient áp suất, một thuật ngữ được sử dụng để chỉ phần BC, tức là phần ‘ướt’ của đường ống trong phân tích sau đây. Với nhiều nhánh xả, áp suất giảm xảy ra trên mỗi dòng nước đi vào đường ống và một ví dụ đã được đưa ra trong chương 4. Hành vi của các hiệu ứng không được hiểu đầy đủ B nhưng loại sửa đổi của đường cong được cho là xảy ra.

A

A

6

5 B

B

-ve

4

-ve

3

2

+ve

+ve

G Hình 8.26: Các sơ đồ để minh họa ảnh hưởng của độ lệch trong đường ống

44 Apartment

1 G

khi một phần bù được kết hợp vào một đường ống tại O được thể hiện trong hình 8.26. Sự bù đắp tạo ra một lực cản bổ sung đối với luồng không khí. Khi cao trong đường ống, điều này có xu hướng tăng lực hút và khi thấp trong đường ống có xu hướng tăng áp suất đáy. Hiệu ứng phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của phần bù và lượng nước chảy qua phần bù.

Apartment 45

TỐC ĐỘ DÒNG KHÍ Dòng không khí là do lực cắt giữa vòng nước và lõi không khí. Các nghiên cứu ban đầu về các đường ống ngắn dường như cho thấy tốc độ dòng khí không phụ thuộc vào chiều cao của đường ống nhưng các phép đo sau đó trên các đường ống cao (Pink 1973 (iii)) đã bác bỏ điều này.

Hãy xem hình 8.21 cho thấy chiều dài ngắn của đường ống.

46 Apartment

TỶ LỆ HOẶC LUỒNG KHÔNG KHÍ Dòng không khí là do lực cắt giữa vòng nước và lõi không khí. Các nghiên cứu ban đầu về các đường ống ngắn dường như cho thấy tốc độ dòng khí không phụ thuộc vào chiều cao của đường ống nhưng các phép đo sau đó trên các đường ống cao (Pink 1973 (iii)) đã bác bỏ điều này. Hãy xem xét hình 8.21 cho thấy một chiều dài ngắn của đường ống với dòng nước ổn định, hai pha, được cho là đã đạt đến vận tốc đầu cuối không đổi. Đường kính của lõi không khí phụ thuộc vào tốc độ dòng nước, đường kính ống xếp và độ nhám bề mặt của vật liệu làm ống.

Nó thu được bằng cách sử dụng các phương trình ở trên để tính toán độ dày đầu cuối của vòng nước, từ đó đường kính của lõi không khí có thể được suy ra một cách đơn giản. Hình 8.21 cho thấy ứng suất cắt 􏰇i tồn tại giữa nước và không khí, và sự thay đổi của áp suất không khí 􏰐P theo chiều dài 􏰐L. Sự cân bằng lực trên lõi không khí tạo ra: 􏰐P􏰈4D2c 􏰌􏰇i􏰈Dc􏰐L hoặc: 􏰐P Dc 􏰇i􏰌􏰐L4

Apartment 47

48 Apartment

Giả sử rằng lưu lượng thể tích của không khí Qa chủ yếu phụ thuộc vào Dc và 􏰇i, theo đó Qa về cơ bản là một hàm của tốc độ dòng nước Qw, đường kính đường ống D, độ gồ ghề của ống k và gradient áp suất 􏰐P = 􏰐L, tức là: Qa 􏰌f􏰎Qw; D; k; 􏰐P = 􏰐L􏰏 Các thí nghiệm trên chồng gang cao có đường kính 100 và 150 mm đã cung cấp dữ liệu như thể hiện trong hình 8.27 dựa trên Pink 1973 (iii), trong đó luồng không khí thay đổi theo gradient áp suất trong phần ướt của đường ống đối với một tốc độ dòng nước nhất định Qw và đường kính đường ống D và độ nhám k. Dữ liệu như vậy đã cho phép phát triển các đường cong được thể hiện trong hình 8.28. Ở đây Qa được vẽ đồ thị dựa trên Qw và được xem là phụ thuộc vào 􏰐p = 􏰐L, các giá trị của gradient áp suất được biểu thị dựa trên các đường cong; các hệ số D và k không đổi. Như mong đợi, đối với một tốc độ dòng nước nhất định, dòng khí càng lớn thì gradient áp suất tác động lên dòng chảy càng nhỏ.

Apartment 49

TỔN THẤT ĐƯỜNG ỐNG VÀ PHỤ TÙNG Việc tính toán tổn thất ma sát đối với dòng khí ở phần khô của đường ống là vấn đề áp dụng một trong các công thức được nêu trước đó trong chương này. Hệ số tổn thất áp suất đối với không khí chảy bên trong các phụ kiện chứa đầy nước phải được xác định bằng thực nghiệm. Ví dụ, tình hình tại một đầu vào nước được thể hiện trong hình 8.24; không khí chảy qua các phân đoạn đôi ở hai bên của nước. Khi thay đổi hướng, không khí chảy qua khu vực được để lại ở trung tâm của mặt cắt ngang bởi nước ở ngoại vi. Với sự thay đổi hướng đột ngột, màng nước có thể bao phủ một phần lõi không khí trung tâm, làm giảm thêm diện tích cho luồng không khí. Các phép đo đầu tiên về hệ số tổn thất áp suất đối với không khí chảy trong những trường hợp như vậy đã được thực hiện cách đây vài năm (Wise 1957a). Hình 8.29 đưa ra các ví dụ về những gì hiện có và cho thấy rằng hệ số tổn thất phụ thuộc vào tốc độ dòng nước cũng như kích thước và hình dạng của bản thân phụ kiện.

50 Apartment

Hình 8.27: Tốc độ dòng khí so với gradien áp suất đối với dòng nước 1,7 l / s trong ống gang 150 mm

Hình 8.28: Sự thay đổi của dòng không khí với dòng nước trong ống gang 150 mm

Apartment 51

SƠ ĐỒ HOẶC TÍNH TOÁN TỔNG QUÁT Từ những cân nhắc ở trên, một sơ đồ chung để tính toán lượng hút và áp suất tối đa phát sinh trong các ống xả có thể được xây dựng (Lillywhite và Wise 1969). Lãi gốc là lực hút tối đa có thể phát sinh, về mặt số học, nói chung là lớn hơn một chút so với áp suất tối đa. Để đơn giản hóa quy trình, các giả định sau rất thuận tiện: 1. Bất kỳ sự phóng điện nào vào đường ống được giả định là xảy ra ở các tầng liền kề; điều này đã được chứng minh trong thực tế là làm giảm tổn thất niêm phong lớn hơn.

2. Xả từ các nhánh được giả định là ổn định và liên tục ở tốc độ tối đa có thể từ các thiết bị.

52 Apartment

3. Dòng nước được cho là thực sự có dạng hai pha.

4. Ống thoát ngang từ đế của đường ống có thể xả tự do với lực cản dòng không khí không đáng kể. Do đó, áp suất ở đáy của đường ống được coi là khí quyển.

Sức hút tối đa ở bất kỳ phần nào của đường ống có thể được viết: lực hút = giảm áp suất khi vào đường ống + giảm áp suất do uốn cong và đường ống ở phần khô của đường ống + tổng số lần giảm áp suất qua đầu vào xả 􏰑 vận tốc đầu

Apartment 53

Theo thuật ngữ đơn giản: X2􏰆 X hs 􏰌0:974Qa 0:5􏰑 D4 kbends􏰑 fl 􏰑 kinlets 􏰑 1􏰜N=m2 Các yếu tố trong ngoặc đơn ở phía bên phải đại diện cho các hệ số tổn thất áp suất khác nhau của các loại được mô tả, trong khi Qa là lưu lượng không khí và D là đường kính đường ống.

Trong thực tế, phương trình được sử dụng trong một quy trình lặp lại mà cuối cùng cung cấp cho hs và các chương trình máy tính đã được viết để tính số học. Đối với mục đích thiết kế, lực hút tối đa được tính toán cho một cài đặt nhất định được so sánh với mức cao nhất cho phép là 375 N / m2. Các bảng thông tin thiết kế được đưa ra ở những nơi khác trong ấn phẩm này, cũng trong BS5572 (1994) đã được bắt nguồn từ việc sử dụng phương pháp này và được hỗ trợ bởi một loạt các thử nghiệm thực tế trong phòng thí nghiệm và trong các tòa nhà đang sử dụng.

54 Apartment

PHÂN TÍCH SÂU HƠN VỀ DÒNG CHẢY XUỐNG HAI PHA, KHÔNG KHÍ BỊ CUỐN VÀO VÀ LỰC HÚT Chương này đã giới thiệu một số khái niệm cơ bản về cơ học chất lưu, bao gồm Phương trình năng lượng dòng chảy ổn định và điều kiện không trượt giữa chất lỏng và bề mặt ống dẫn và giữa hai chất lỏng tiếp xúc với nhau. Khi được kết hợp với tổng các áp suất hút xuống theo chiều dài của một đường ống thẳng đứng (Lillywhite và Wise 1969), những áp lực này đưa ra một cách thức vào mối quan hệ giữa dòng nước hai pha đường ống và dòng khí cuốn theo dự kiến. Áp suất ngược đôi khi trải qua ở đáy đường ống khi được thêm vào tổng áp suất hút tạo ra tải trọng phải vượt qua bởi tác động cuốn hút giữa nước rơi xuống và lõi không khí trong đường ống:

􏰐 ptotal 􏰌 􏰐 pentry 􏰑􏰐 pdry pipe friction 􏰑 􏰐 pbranch junction 􏰑􏰐 pback pressure

Apartment 55

Để Phương trình năng lượng dòng chảy ổn định giữa khí quyển ở trên lối vào của tầng mái vào đường ống và áp suất khí quyển trong cống, theo đó phải có một đầu vào năng lượng để cân bằng tải này. Điều này đã được mô tả là một hiệu ứng `` giả ‘’, tuy nhiên, một mô tả chính xác hơn sẽ dựa trên

trong đó Ls là chiều cao đường ống và công bằng / nước là hệ số ma sát tương đương sẽ xác định theo kinh nghiệm ứng suất cắt giữa màng nước hai pha và lõi không khí

ứng dụng liên tục của ứng suất cắt tại bề mặt

bị cuốn theo.

dòng nước hai pha / lõi không khí cuốn theo

Việc cân bằng tổng các tổn thất

phát sinh từ việc áp dụng điều kiện ‘không trượt’. Do đó, đối với chiều cao đường ống ướt nơi không khí và nước tiếp xúc tại mặt phân cách hai pha, năng lượng đầu vào yêu cầu có thể được biểu diễn bằng ứng dụng của phương trình Darcy:

56 Apartment

phát sinh trong việc duy trì dòng chảy của lõi không khí xuống đường ống với đầu vào năng lượng được ngụ ý bởi ứng suất cắt cho phép biểu thức cho hệ số ma sát công bằng / nước được phát triển như … ..

Jack (1997, 2001) trình bày kết quả của một chương trình thử nghiệm mở rộng bao gồm cả thử nghiệm địa điểm trong một khu nhà ở của cơ quan công quyền 20 tầng ở Dundee, Scotland và các phép đo dựa trên phòng thí nghiệm và tòa nhà trong khuôn viên trường Đại học Her-iot-Watt. Công trình của Jack đã liên hệ hiện tượng không khí Lưu ý rằng giá trị tuyệt đối của (Vair - Vwater) đảm bảo rằng dấu hiệu công bằng / nước phản ánh sự chênh lệch vận tốc giữa không khí và bề mặt nước.

Việc kiểm tra biểu thức này chỉ ra một phương pháp luận để xác định công bằng / nước. Đối với một tòa nhà cụ thể, tổn thất áp suất có thể được xác định bằng phép đo ở một loạt các lưu lượng nước được áp dụng. Vận tốc trung bình của lõi không khí có thể được xác định bằng cách theo dõi dòng không khí bị cuốn vào khi đi vào đường ống. Vận tốc dòng chảy xuống của nước có thể được coi là vận tốc trung bình của màng hai pha và chiều cao của đường ống có thể được tính gần đúng giả sử các dòng chảy hai pha phát triển đầy đủ.

bị cuốn vào một loạt các nhóm không thứ nguyên để các kết quả có thể được áp dụng rộng rãi và đề xuất một tập hợp các biểu thức kinh nghiệm để xác định cả công bằng / nước và sự giảm chiều cao đường ống cần thiết để cho phép thiết lập dòng chảy hai pha phát triển đầy đủ. Các biểu thức này đã được đưa vào mô phỏng hệ thống thông hơi AIRNET, chương 9, cho phép xác định luồng không khí cuốn vào cho bất kỳ phạm vi điều kiện dòng nước áp dụng nào, cùng với sự lan truyền của quá độ áp suất không khí biên độ thấp do thiết lập luồng không khí.

Apartment 57

Hình 8.30: Các dự đoán của mô hình AIRNET cho sự thay đổi chiều cao đường ống ướt đối với đường kính 150 mm ‘trơn’, khi tốc độ dòng xả là 1,147 l / giây

Khả năng thể hiện các hiệu ứng ứng suất cắt giữa lõi không khí và màng nước hai pha cho phép giải thích một loạt các quan sát trước đó. Ví dụ, nếu đường ống được tách biệt thành các phần ướt và khô, sẽ thấy rằng áp suất không khí sẽ luôn giảm trong đường ống khô do ma sát giữa luồng không khí và các thành đường ống khô. Trong đường ống ướt, áp suất không khí có thể tăng hoặc giảm tùy thuộc vào độ lớn tương đối của vận tốc không khí và nước. Trong một hệ thống đường ống đơn với một nhánh xả, áp suất không khí sẽ phục hồi trong đường ống ướt. Đối với một đường ống có nhiều nhánh xả, lưu lượng kết hợp ở các vùng thấp hơn có thể cuốn theo luồng không khí lớn hơn lưu lượng thích hợp ở các tầng trên, nơi màng nước hai pha biểu thị tốc độ dòng nước thấp hơn.

58 Apartment

Do đó, áp suất không khí có thể tiếp tục giảm trong phần đó của đường ống ướt. Nhìn chung, năng lượng đầu vào và năng lượng khai thác phải cân bằng.

Cuộc thảo luận ở trên rõ ràng cho phép giải thích các cấu hình áp suất được trình bày trong hình 8.25 cùng với quan sát từ nghiên cứu Điểm trung tâm rằng độ cao đường ống ảnh hưởng đến tốc độ dòng khí cuốn. Ứng dụng kết quả của Jack trong mô hình AIRNET cho phép dự đoán các luồng không khí và do đó giảm tổng áp suất trong đường ống phụ thuộc vào chiều dài đường ống ướt và lưu lượng nước được áp dụng. Hình 8.30 minh họa những dự đoán này cho khối đa tầng của chính quyền cục bộ đã được đề cập. Rõ ràng là dòng nước chảy xuống tăng lên làm tăng dòng khí bị cuốn theo.

Apartment 59

Tuy nhiên, chiều dài của đường ống thẳng đứng chịu lực kéo giữa màng nước và lõi không khí cũng quyết định luồng không khí bị cuốn vào và yêu cầu áp suất liên quan. Các kết quả này xét trên mọi khía cạnh đều tương đương với một tập hợp các đặc tính của quạt trong đó chiều cao đường ống ướt có sẵn sao chép ảnh hưởng của tốc độ quạt.

Tương tự như vậy, việc bao gồm các tổn hao phân tách có ở bất kỳ nhánh phóng điện hoặc bù đắp nào cho phép các cấu hình trong hình 8.26 được xác định thấp hơn. Ứng suất cắt không khí trong nước kéo không khí một cách hiệu quả qua vật cản được hình thành bởi nhánh xả hoặc các màng nước hình thành ở đầu vào bù đắp. Các màng tương tự như các màng hình thành ở đáy của đường ống. Do đó, trong mọi trường hợp, sự bù đắp sẽ làm giảm áp suất không khí cục bộ như minh họa.

Nhìn chung, việc bao gồm các hiệu số trong một chồng dọc là thiết kế xấu. Về mặt lịch sử, trước khi có sự hiểu biết đầy đủ về việc đạt được các điều kiện dòng chảy hai pha ở đầu cuối, người ta tin rằng hiệu số có thể hạn chế gia tốc của dòng nước.

Tuy nhiên, trên thực tế, sự chênh lệch có thể là nguyên nhân gây ra các vấn đề nghiêm trọng thoáng qua vì chúng có thể là vị trí của phụ phí gián đoạn để phản ứng với các kiểu phóng điện của thiết bị lên cao hơn trong tòa nhà. Hình 8.31 minh họa ảnh hưởng của phụ phí bù đắp trong một tòa nhà kinh tế.

Nó sẽ được thấy rằng sự ngừng của luồng không khí dẫn đến một luồng khí tích cực nhất thời được truyền lên đường ống, điều chỉnh một cách hiệu quả.

60 Apartment

Dưới mức bù, một quá độ âm có cường độ tương đương sẽ làm cạn kiệt các con dấu bẫy do xi phông gây ra. Những hiệu ứng này được minh họa bằng các luồng không khí dự đoán được thiết lập trong các nhánh của thiết bị ở các tầng ngay trên và dưới khoảng lệch. Luồng không khí tiếp tục thoát ra ngoài mạng qua bẫy ở cấp độ thứ hai cho thấy rằng phớt chặn bẫy đã bị hỏng do bị cảm ứng xi phông.

Việc thiết lập dòng chảy đầy đủ trong một nhánh nhóm bao gồm mặt cắt thẳng đứng, hình 8.32, cũng có thể dẫn đến hỏng phớt chặn. Hình 8.32 chỉ ra sự thay đổi áp suất có khả năng xảy ra ở phía trên và phía dưới của một phần nhánh thẳng đứng trong giây lát chạy đầy lỗ do phóng điện kết hợp của thiết bị.

Apartment 61

Hiệu ứng pít-tông áp dụng các sự cố do xi phông gây ra ở phía thượng lưu và các sự cố áp suất ngược dương ở phía hạ lưu. Việc bao gồm các van tiếp nhận không khí có thể bảo vệ chống lại hiện tượng xi phông gây ra, tuy nhiên, các van này không bảo vệ chống lại quá trình áp suất dương khi chúng đóng lại để ngăn mùi xâm nhập vào không gian sinh sống xung quanh.

62 Apartment

ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT TẨY RỬA ĐỐI VỚI LUỒNG KHÔNG KHÍ BỊ CUỐN VÀO TRONG CÁC ĐƯỜNG ỐNG THẲNG ĐỨNG Các mã và hướng dẫn thiết kế hệ thống thoát nước và thông hơi hiện tại dựa trên dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ nhiều phòng thí nghiệm quốc tế.

Dữ liệu cơ sở liên quan đến nước sạch lạnh là chất lỏng xả chịu trách nhiệm cuốn theo luồng không khí bên trong đường ống thẳng đứng thoát nước và do đó đối với chế độ áp suất không khí mà mạng lưới thoát nước phải trải qua. Tuy nhiên, hầu hết các nguồn nước `` xám ‘’ và `` đen ‘’ trong các tòa nhà đều có pha chất tẩy rửa và thường ấm. Những chất phụ gia này và sự thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng đến sự cuốn theo không khí vì chúng, hoạt động như chất hoạt động bề mặt, góp phần vào ứng suất cắt hoạt động giữa vòng tròn nước rơi xuống và lõi không khí bị cuốn theo. Những tác động này đã được điều tra bởi Campbell và McLeod (2000, 2001), kết quả chỉ ra rằng những tác động phụ thuộc vào thành phần hóa học của chất tẩy rửa. Các loại chất tẩy rửa được sử dụng bao gồm chất tẩy rửa anion Đ có trong chất lỏng và thanh xà phòng, chất tẩy rửa cation Đ có trong chất làm mềm và dầu xả và chất tẩy rửa không ion có trong chất tẩy rửa vải.

Các luồng không khí cảm ứng cao hơn đáng kể được tạo ra trong một giàn thử nghiệm hai tầng đối với chất hoạt động bề mặt anion và không ion khi so sánh với nước sạch Ð lên đến 40% trong một số trường hợp. Các loại chất tẩy rửa này có liên quan đến các hoạt động giặt giũ, làm sạch và tắm, nơi có lượng nước thải ra lớn. Những thứ này cũng có thể ấm.

Apartment 63

Chất tẩy rửa cation dẫn đến giảm một chút luồng khí cuốn theo và có liên quan đến lưu lượng xả nhỏ hơn, ví dụ như ở cuối chu trình máy giặt. Các kết quả này cho thấy rằng đối với các lần xả nước tương đương với một số lần xả bồn tắm, vòi sen hoặc bồn rửa hoặc xả thải trong nhà vệ sinh trong một tòa nhà hai tầng được cấu hình theo các mã hiện hành, luồng không khí bị cuốn theo lớn hơn sẽ được tạo ra do đó áp lực hút lớn hơn trong mạng. Nghiên cứu này sẽ tiếp tục và sẽ được đưa vào các mô phỏng trong tương lai về áp suất và sự cuốn vào của hệ thống thoát nước và thông gió.

64 Apartment

ẢNH HƯỞNG CỦA LÝ THUYẾT CƠ HỌC CHẤT LỎNG ĐẾN HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC VÀ CẤP NƯỚC CỦA TÒA NHÀ Chương này đã khẳng định rằng việc nghiên cứu các dòng chảy của không khí và nước trong các hệ thống thoát nước và cấp nước của tòa nhà phải dựa trên sự hiểu biết rộng rãi hơn về chất lỏng. Các điều kiện dòng chảy này là ứng dụng của các hiện tượng có khả năng phân tích thông qua các công cụ và tiêu chí toán học được phát triển thông qua nghiên cứu sâu rộng về cơ học chất lỏng. Tầm quan trọng trung tâm của sự hiểu biết này là rõ ràng trong cả việc trình bày các điều kiện áp suất không khí của hệ thống thông hơi, dẫn đến sự ra đời của hệ thống đường ống đơn ở Vương quốc Anh, và tác động của chúng đối với việc giữ kín bẫy và làm việc trên các dòng chảy không ổn định. Việc áp dụng các biểu diễn ma sát, cùng với Phương trình năng lượng dòng chảy ổn định cho phép giải thích hợp lý các cấu hình áp suất trạng thái ổn định trong các hệ thống thông hơi, trong khi việc giới thiệu các phương pháp được thiết lập tốt để xử lý vòi phun nước đặt nền tảng cho việc xử lý tình trạng không ổn định sau này dòng chảy nói chung.

Apartment 65

Trong khi chương này chủ yếu tập trung vào việc mô tả các dòng chảy của hệ thống và các hiện tượng áp suất theo mối quan hệ trạng thái ổn định, rõ ràng là trong việc xây dựng các hệ thống thoát nước, thông gió và cấp nước, điều kiện đó hiếm khi được áp dụng.

Tất cả các luồng phụ thuộc vào các kiểu sử dụng thiết bị và do đó vốn dĩ phụ thuộc vào thời gian. Trong trường hợp các dòng chảy bề mặt tự do, sự suy giảm sóng cũng sẽ làm tăng thêm tính chất không ổn định của tất cả các hiện tượng dòng chảy gặp phải. Chương 9 sẽ tiếp tục chủ đề về việc ứng dụng các kỹ thuật từ lĩnh vực cơ học chất lỏng rộng lớn hơn để giải quyết các vấn đề trong hệ thống xây dựng và tạo ra các mô phỏng hệ thống sẽ mang lại lợi ích trực tiếp cho các nhà thiết kế hệ thống, các cơ quan mã và các nhà sản xuất thiết bị.

66 Apartment

Hình 8.32: Áp suất dự đoán ở thượng lưu và hạ lưu của mặt cắt thẳng đứng có phụ phí trong một nhánh phục vụ một số thiết bị.

Apartment 67