罗家容
广西恒隆建设工程有限公司南宁分公司广西南宁530000
摘要：近年来，随着城镇化脚步的加快，城市的排水管道的安全问题越来越被居民关心。城市管道的安全问题只要取决于横干管内气压的波动状况，科学地解决管道存在的安全隐患问题，将会给居民带来一个安全舒适的环境。本文首先在总结国内外对排水管道研究的基础上，研究在恒定水流的情况下，管内气压的波动状况与不同影响因子之间的关系，在一定程度上，可以给设计者提供一定的指导意见。
关键词：排水横干管；恒定水流；气压波动
随着经济水平的提高，人们对住房条件的要求也越来越高，城市的排水系统与居民的生活环境紧密相连。大体上说，建筑排水系统主要分为屋面的降雨排水与污废水排水两个系统，一个相对完整且安全的建筑排水系统一方面能使污水顺畅地流出，另一方面又能使排水管道中的有害气体无法进入居民屋内污染环境。但是，影响排水管道安全的因素主要是管内的气压波动状况，管内的气压波动剧烈将会影响室内的安全，因此，急切需求有关人士对排水横干管内气压的波动情况进行研究，使城市建立满足气压波动状况的排水管道，为居民提供一个安全有保障的生活环境。
一、研究现状和存在的问题分析
建筑排水系统的稳定性对保障城市建筑功能的安全有着至关重要的作用，目前国内外许多学者都对排水管道内部的气压波动状况作出了研究。
例如1996年唐足量等人，2003年的杨爱兰从排水管道内部的气压波动的动态过程给予了详细的研究，结果表明排水管道内气压的波动产生的主要是由于排水立管中水流速大，对横干管具有强烈的抽吸力，另外还受横干排水在管道中产生的水舌有阻碍作用。在2002年吴俊奇等人则对建筑排水管内的水流进行研究，文中建立起水流非恒定的数学模型，并对模型进行实际的模拟和仿真，对实际生活中的管道排水问题提供了最优的解决方案。除此之外，一些学者根据现有的标准、规范和多年的设计经验从排水支管和干管相连接的部位进行研究，在一定程度上对排水管道的零件配置的选择提高了一定的指导意见。国外的一些学者提出了关于建筑排水立管中气压分布的预测方法，文中给出在排水管道的不同区域的气压的计算公式，对排水管道的设计和节约成本方面提供了帮助。
基于上面的理论基础，一些学者通过CFD软件对建筑排水系统中的企业的波动情况进行数值模拟，在2010年，陈雪宇在CDF软件的基础上，选择适合排水系统的FLUENT软件，将曾经的FLUENT软件对洗脸盆内存水湾水封的破坏因素和压强分布情况应用于建筑排水的气压波动情况的研究，实践证明能很好地符合实际情况。
但目前更多的学者研究的排水系统的压力波动集中在排水管道上，实际上更需要考虑的是气压的波动情况与排水系统的安全性的关系。
本文主要是研究不同因素对建筑排水系统的气压波动情况的影响，并建立相关的数学模型，在此基础上通过模型对实际情况进行模拟，为今后的排水系统的研究提供一定的理论依据和技术指导。
二、恒定水流下的排水管道内的气压波动状况的研究
恒定水流下的排水系统的实验研究主要是通过调节阀门控制水流的恒定性，研究系统内部的压力波动状况，本次实验主要是研究管内的气压波动与通气量、排水量、水位、出水的状态之间的关系。
1.实验的装置和采样的方式
本次的实验模型主要是采用单管排水方式，建立的模型是由横干管、排水的立管、支管三部分组成，其中支管的上方与大气相接，是敞开的，管道的材质均采用有机玻璃，其中直角弯头采用的是PVC材质。
其中立管的高度为2.5m，直径为DN50cm，在距立管底部0.5m，1m，2m的部位都接有一根支管，支管的直径为DN25mm。在排水的过程中支管的进口水流量是恒定的，其中支管和进水管用塑料软管相接，支管进水处的水流由水箱提供，进水量的大小由控制阀控制。横干管的管长有4m，直径为DN50，在在距立管底部0.6m，1.2m，1.8m，2.4和3m的部位都设置传感器，显示压强。
2.采样设备
排水横干管的压力是通过上述的5个传感器检测得到，压力传感器采用的是西安新敏电子科技有限公司的CYB13系列的隔离式压力变送器，量程是-200到1000mmH2O，精度为0.025KPa。采用USB数据采集器相连，和二线制接法连接。
3.采样方法
数据的采集装置设置为100HZ，也就是每0.01秒收集一个数据，采集到的数据是以文本的形式记录子啊电脑中，但是由于数据过于繁多，需要利用Matlab对数据进行处理，其中Matlab的源代码如下：
b=textread（‘通1-未滤.txt’，‘%s’，‘headerlines’，1）；
b=b（143：end）；
num=length（b）；
forii=1：num
B（ii）=str2double{b{ii，1}}；
end
max（B）；
c=textread（‘通2-未滤.txt’，‘%s’，‘headerlines’，1）；
c=c（143：end）；
num=length（c）；
forii=1：num
C（ii）=str2double{c{ii，1}}；
end
max（C）；
d=textread（‘通2-未滤.txt’，‘%s’，‘headerlines’，1）；
d=d（143：end）；
num=length（d）；
forii=1：num
D（ii）=str2double{d{ii，1}}；
end
max（D）；
e=textread（‘通2-未滤.txt’，‘%s’，‘headerlines’，1）；
e=e（143：end）；
num=length（e）；
forii=1：num
E（ii）=str2double{e{ii，1}}；
end
max（E）；
f=textread（‘通2-未滤.txt’，‘%s’，‘headerlines’，1）；
f=f（143：end）；
num=length（f）；
forii=1：num
F（ii）=str2double{f{ii，1}}；
end
max（F）；
A={max（B），max（C），max（D），max（E），max（F）}
通过Matlab获得的压力波动最大值后，进一步利用origin程序对最大的压力值进行处理，模拟出气压的波动曲线图。
4.试验内容和结果讨论
恒定水流下的实验装置的大小要比实际的排水系统小，本次的实验内从主要有：
（1）首先，研究排水量对横干管道内的气压的波动状况，采用的是排水量分别为0.4L/S，0.8L/S，1.2L/S以及1.6L/S。通过球阀对排水量进行调节，利用流量计严格控制水量，保持恒定的水量。
（2）研究通气量对横干管道内的压力的波动状况时，分别针对100%的通气、50%的通气和不通气这三种情况进行分析，100%的通气状况是指立管的顶部完全与大气相接，而50%的通气是指立管的顶部用一薄片遮住二分之一，保证50%通气，不通气则是指保证顶部是密封状态，通气量为0。
（3）研究水位对管道内气压波动状况的影响时，则选择水位分别为50cm，100cm，150cm和200cm。
图横干管内气压波动图（完全敞开通气，进水高度为50cm）
（4）研究不同水的流出状态对横干管内压力的波动状况时考虑到在水量高峰期时由于雨水导致排水管内的负荷过大，管道下游的出流状态将会变成半淹没或者淹没出流状态，严重地影响了管内的气压，因此可以考虑三种状态，分别为自由出流、半淹没和淹没，其中自由出流是保持排水通畅，半淹没即用一半的有机玻璃遮掩，淹没出流是保持水槽中的水位完全淹没干管的截面。
接下来我们首先研究100%的通气状况和进水高度为50cm的情况下，排水量分别为0.4L/S，0.8L/S，1.2L/S以及1.6L/S排水管内的气压的正压值和测点距离的关系，根据传感器的数值变化结果，可以做出如下测点距离与正压波动值的关系图：
同样地，可以根据上述的研究内容作出不同情形下的气压波动图，从图中我们可以根据不同的情况给设计排水管道提供一定的指导意见。
5.结束语
通过上文在不同情形下对气压波动情况的研究，我们并没有对每种情形都作出详尽的分析，读者可以根据研究内容的主要思路，紧接着研究，并可以在此基础上，通过实际的数值模拟对该模型的科学性进行检验，已达到与事实相符合的效果。
参考文献：
[1]杨爱兰，建筑排水系统气压波动原因分析[J].内蒙古科技与经济.2003（09）：72.
[2]吴俊奇，欧云峰，王文海，等.关于建筑排水横干管水流研究的探讨[J].给水排水，2002（09）：53-55
[3]郑泰.高层建筑底层排水支管与干管的连接[J].给水排水2002，28（2）：69-70.