本发明专利技术提供一种用于计算直流式竖井结构内循环气流流通路径的方法，在顶端密封的竖井径向位置设置竖直隔板，所述竖直隔板的一端与竖井的顶端连接，从而将竖井分为湿管段和气管段，所述湿管段与进水管连接，所述气管段与通气管连接；分别计算某一来水量下，湿管内各段的气压分布，以及气管内的气压分布，并得到湿管段与气管段的气压交点，即气压临界值，所述气压临界值所在的位置即为临界位置，当隔板的一端放置于临界位置，或者置于临界位置与竖井顶端之间的任一位置时，竖井内的气流可以形成内循环气流。本发明专利技术的方法可以得到在形成内循环气流时，隔板的具体放置位置，从有效防止排污管道下游被加压，并为竖井的结构优化和设计提供理论指导。提供理论指导。提供理论指导。
【技术实现步骤摘要】
用于计算直流式竖井结构内循环气流流通路径的方法
[0001]本专利技术涉及市政工程排污管道
，具体而言涉及一种用于计算直流式竖井结构内循环气流流通路径的方法。
技术介绍
[0002]竖井作为城市排水系统中最重要的跌水结构之一，主要作用是将接近地表的众多排水管道中的污水通过竖井集中地引向埋藏较深的地下排水干渠中。水流从竖井自由跌落的过程中会发生一系列变化，最主要的变化是最开始完整连续的片状水流在下落一定高度后逐渐碰撞、破碎和分解，当水流接近竖井底部时大部分呈水滴状。在这种情况下，往往会伴随着竖井吸气的现象，造成竖井中气压梯度过大，排污管道中所产生的臭气在该气压下逸出管道外，引起严重的气味和环境问题。
[0003]已有研究表明，竖井吸气的主要原因是水流在跌落过程中水流会破碎分解成大量的小水滴，当片状的完整的水流变成水滴后，虽然水流的体积未发生变化，但是它的表面积却比原来大很多，此时呈水滴状态的水流与竖井里面空气的接触面积显然比原来要大很多，因此向下能够拖拽的气体也就越多；其次，竖井的尺寸也是影响竖井吸气的主要原因，竖井直径越大吸气越多；竖井越高，水流分解成水滴的过程越充分，吸气也越多。
[0004]公开号为CN108104242A的中国专利文献公开了一种降低吸入气体量的直流式跌水结构，包括设立在竖井内的入水管、进气口、分隔板、气管、水管以及出流管，分隔板设置在竖井的中间位置，距跌水结构顶部留有上部孔口，且距离底端留有下部孔口，以便形成结构内部的气体循环，该跌水结构可满足在排污时降低其卷吸气体量，以及降低其下游管道的气压值，达到减缓排污管道臭气逸散的目的。上述竖井结构虽然在一定程度上能够减少竖井吸气，但是该种结构上部孔口并没有具体的算法指导其具体在哪个位置设置开口，大大地降低了其效率，所以效果并不是很理想。
[0005]鉴于此，本专利技术提供一种计算方法，能够指导竖井中安装类似循环气流结构的设计和改进等。
技术实现思路
[0006]本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于计算直流式竖井结构内循环气流流通路径的方法，该方法可以得到在形成内循环气流时，隔板的具体放置位置，从有效防止排污管道下游被加压，并为竖井的结构优化和设计提供理论指导。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0008]一种用于计算直流式竖井结构内循环气流流通路径的方法，
[0009]首先，建立以下模型：在顶端密封的竖井径向位置设置竖直隔板，所述竖直隔板的一端与竖井的顶端连接，从而将竖井分为湿管段和气管段，所述湿管段与进水管连接，所述气管段与通气管连接，并以水舌为基点，将所述水舌以下的湿管段依次分为水舌阻隔段、恒定段，以及线性增长段；
[0010]分别计算某一来水量下，湿管内各段的气压分布，以及气管内的气压分布，并得到湿管段与气管段的气压交点，即气压临界值，所述气压临界值所在的位置即为临界位置，当隔板的一端放置于临界位置，或者置于临界位置与竖井顶端之间的任一位置时，竖井内的气流可以形成内循环气流。
[0011]优选的，根据建立的模型，具体计算步骤如下：
[0012]S1、计算湿管中的气压分布
[0013](1)进气管处的气压
[0014][0015]其中，P
a
表示大气压，pa；P0表示水舌上方处的气压，pa；K
I
进气口处空气流入的损失系数；ρ
a
标准大气压室温时的气体密度,kg/m3；为进气管中的气体平均流速，m/s；
[0016](2)水舌阻隔段的气压(P0～P1)
[0017][0018]式中：表示无量纲的来水流量，Q
w
为来水量，m3/s，D
s
竖井湿管段的直径，m；P1表示水舌下方处的气压，pa；V
a
表示湿管中气体平均流速，m/s；a，b均为与竖井结构相关的常数；
[0019](3)恒定段气压(P1～P3)
[0020]P1＝P3(4)
[0021](4)线性增长段气压(P3～P8)
[0022]线性增长段气压变化梯度为：
[0023][0024]式中：C
d
取0.4表示水滴下落时的拖拽系数；d＝2表示水滴的直径，mm；V＝6表示水滴下落的平均速度，m/s；ρ
a
标准大气压室温时的气体密度,kg/m3；V
a
表示湿管中气体平均流速，m/s，m/s，为进气管中的气体平均流速，m/s，D
s
竖井湿管段的直径，m；D
I
表示进气管的直径，m；
[0025]S2、计算气管中的气压分布
[0026](1)确定气管中平均气体速度
[0027][0028]式中：气管中气体的平均速度，m3/s；D
c
表示气管的等效直径，m；D
I
表示进气管的直径，m；为进气管中的气体平均流速，m/s；
[0029](2)确定气管中气压计算基准点的气压
[0030][0031]式中：P
′
down
表示隔板底部气管侧的气压值，pa；P
down
表示隔板底部湿管处的气压值，pa；k
b
表示气流经过竖直隔板底部的损失系数；V
a
表示湿管中气体平均流速，m/s；ρ
a
标准大气压室温时的气体密度,kg/m3；
[0032](3)气管中气压梯度表达式
[0033][0034]式中：ΔP
c
表示气管中两点之间的气压差值，pa；D
c
表示气管的等效直径，m；f表示气管管壁的摩擦系数；l气管中任意两点间的距离，m；ρ
a
标准大气压室温时的气体密度,kg/m3；气管中气体的平均速度，m3/s；
[0035]S3、确定气压临界值
[0036]根据步骤S1得到的湿管段的气压分布，以及步骤S2得到的气管段的气压分布，湿管段与气管段中相等的气压值即为气压临界值；
[0037]S4、确定可形成内循环气流的流通路径
[0038]根据步骤S3确定的气压临界值，确定气压临界值在竖井中对应的位置，即为临界位置，当隔板的一端放置于临界位置，或者置于临界位置与竖井顶端之间的任一位置时，竖井内的气流可以形成内循环气流；
[0039]优选的，直流式竖井结构内循环气流流通路径具有最佳流通路径：在可形成内循气流流通的路径中，当隔板置于不同位置时，气体流通时对竖井吸气和上下游压差的影响最小的路径，即为最佳流通路径。
[0040]优选的，通过计算进气管中进气量和竖井上下游压差ΔP，确定气体流通时对竖井吸气和上下游压差的影响。
[0041]优选的，所述进气管中进气量和竖井上下游压差ΔP计算如下：
[0042][0043]式中：A
I
表示进气管的横截面积，m2；为进气管本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于计算直流式竖井结构内循环气流流通路径的方法，其特征在于，首先，建立以下模型：在顶端密封的竖井径向位置设置竖直隔板，所述竖直隔板的一端与竖井的顶端连接，从而将竖井分为湿管段和气管段，所述湿管段与进水管连接，所述气管段与通气管连接，并以水舌为基点，将所述水舌以下的湿管段依次分为水舌阻隔段、恒定段，以及线性增长段；分别计算某一来水量下，湿管内各段的气压分布，以及气管内的气压分布，并得到湿管段与气管段的气压交点，即气压临界值，所述气压临界值所在的位置即为临界位置，当隔板的一端放置于临界位置，或者置于临界位置与竖井顶端之间的任一位置时，竖井内的气流可以形成内循环气流。2.根据权利要求1所述的用于计算直流式竖井结构内循环气流流通路径方法，其特征在于，根据建立的模型，具体计算步骤如下：S1、计算湿管中的气压分布(1)进气管处的气压其中，P
a
表示大气压，pa；P0表示水舌上方处的气压，pa；K
I
进气口处空气流入的损失系数；ρ
a
标准大气压室温时的气体密度,kg/m3；为进气管中的气体平均流速，m/s；(2)水舌阻隔段的气压(P0～P1)式中：表示无量纲的来水流量，Q
w
为来水量，m3/s，D
s
竖井湿管段的直径，m；P1表示水舌下方处的气压，pa；V
a
表示湿管中气体平均流速，m/s；a，b均为与竖井结构相关的常数；(3)恒定段气压(P1～P3)P1＝P3(4)(4)线性增长段气压(P3～P8)线性增长段气压变化梯度为：式中：C
d
取0.4表示水滴下落时的拖拽系数；d＝2表示水滴的直径，mm；V＝6表示水滴下落的平均速度，m/s；ρ
a
标准大气压室温时的气体密度,kg/m3；V
a
表示湿管中气体平均流速，m/s，m/s，为进气管中的气体平均流速，m/s，D
s
竖井湿管段的直径，m；D
I
表示进气管的直径，m；S2、计算气管中的气压分布
(1)确定气管中平均气体速度(1)确定气管中平均气体速度式中：气管中气体的平均速度，m3/s；D
c
表示气管的等效直径，m；D
I
表示进气管的直径，m；为进气管中的气体平均流速，m/s；(2)确定气...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏佳芳，芦三强，赵文举，龙丽丽，马亮军，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：
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