建筑排水系統(tǒng)管道內(nèi)的流體是一種近似氣液兩相流的混合介質(zhì)。如何控制這兩種介質(zhì)在管道內(nèi)的流動形態(tài)和分布狀況,在有限的管道截面內(nèi)以盡可能大的液體流量、盡可能小的系統(tǒng)壓力波動確保排水器具的水封穩(wěn)定性,是從事建筑排水研究的人員一直探索的課題。
當住宅衛(wèi)生間排水橫支管內(nèi)水流經(jīng)排水管件匯入排水立管時(如圖1),在立管與橫支管匯合處會形成較大的水流團,這個水流團幾乎封閉了排水立管橫截面,形成了上下兩個管段的負壓區(qū)和正壓區(qū),隨著水流沿立管下落,由于管壁摩擦阻力的作用,靠近管壁的水流速度逐步降低,直至形成附壁水膜流,立管中心形成空氣通道。
分析上述排水立管水流下落時水流形態(tài)的變化過程,可以看出:引起排水立管內(nèi)壓力波動的主要原因是橫支管排水時,立管與橫支管匯合處會形成的水流團的“活塞”作用阻隔了立管內(nèi)氣流的自由對流,使管腔內(nèi)水流團下方的空氣向下移動受到壓縮,水流團上方的空氣得不到及時補充形成負壓。樓層衛(wèi)生間橫支管水流的交替匯入排水立管的水流團作用,使整個排水系統(tǒng)處于壓力波動狀態(tài),立管中上部往往呈負壓狀態(tài),下部管中呈正壓狀態(tài)。這種壓力波動較大時,負壓區(qū)樓層會出現(xiàn)水封因負壓抽吸而遭破壞,正壓區(qū)樓層會出現(xiàn)水封因正壓噴濺而遭破壞。
從排水立管中水流形態(tài)的分布看,當橫支管排水時,立管與橫支管匯合處的水流往往呈“水舌”狀。按照目前常用的45°三通管件,當橫支管水流呈半管流(50%充滿度)時,流入排水立管的“水舌”幾乎完全覆蓋封堵住了立管管腔橫截面,造成立管內(nèi)氣體流動被阻隔。