雨水斗排水过程的擞值模摄.pdf

斗排水过程的款值
陈小银王文海林增玉
(北京建筑工程学院,北京10004)
摘要运用 Fluent数值模拟軟件对有虹吸斗屋面雨水排放系統和无斗(重カ式い)屋面雨水排放
系统作了对比分析,并且给出了流量和斗前水深之间的关系;采用标准模型和VOF法,通过模拟得
出虹吸両水斗具有防旋、防进气的功能,在斗前水深较浅的情況更有利于雨水的排。
关词虹吸式屋岳雨水排放系统数值模拟VOF法
虹吸式屋面雨水排放系统正被越来越多地应陌斗工下的流态,对新型虹吸丽水斗的开发有很重
于各类工业及民用建筑中,但由于雨水业内部流杰要的意义。
非常复杂,传统的一元流方程法解快此类问题。
虹吸兩水排放系统和数学棋型
随着计算机和计算流体泸学的发展,计算机数值模1.1虹吸雨水排放系统概述
拟解决流体力学问题成为当今研究流体力学非常重
虹吸式屋面雨水排水系统一般由虹吸式雨水
要的一种方法。屋面雨水排放的过程在数值模拟计斗、无坡度悬吊管、立管和雨水出户管组成。形成虹
算中属于含有自由液面一类问题。自由液面是两种吸式屋面雨水排放的前提条件是:必须具备有良好
运动介质的交界面,两种运动介质物理性质的差异气水分离装置的雨水斗。在设计降雨强度下,雨水
是自由液面的最特殊的性质;自由液面的第二个特斗不掺人空气,降雨过程中利用雨水斗与出户管之
殊性质就是其形状的不规则。体积率法(VOF〕是间的高差所形成的压差,经屋面内排水系统,从户外
解决含有自由液面问题的一种比较好的方法。排除管排出。在这一过程中,排水管道是全充满的
VOF方法是利用体积率函数表示流体自由面的位满管压力流状态,屋面雨水的排放过程是一个在虹
置和流体所占的体积,其方法占内存小,简单、有效。吸作用下的结果。因此,把这样的系统称为虹吸式
众所周知,在重力式排水过程中,由于地球自转以及屋面雨水排放系统。虹吸式兩水排放系统管内压力
不规则屋面产生的扰动流场的影响,通常会在丽水和水的流动状态是不断变化的过程。降雨初期,雨
口附近产生漏斗状的立轴旋涡,因此,当斗前水深较量一般较小,悬吊管内是一有自由液面的波浪流(水
浅立轴旋涡往往会导致空气的吸入,使雨水斗泄流舌流)。根据雨量大小的不同,部分情况下初期无法
量迅速减小。虹吸雨水斗正是利用整流叶片,防旋、形成虹吸作用,是以重力流为主的流态。随着降雨
防空气进人的一种新型雨水斗。研究有无虹吸雨水量的增加,管内逐渐呈现脉动流,拉拔流,进而出现
~ c o, ecseeeeseoutこしェすこGしな心ャィ D////////////////////US/CC已
表1中水水质检测报告
元/d,电费164元/d,消毒药剂费等约42元/d,合计
项目
平均
项目
平均
246元/d,所以平均中水处理赞用折合人民币3.075
COD/mg/I
元/m3,比现行水价约低1.5元
BOD3/mg/[
0.57氨氯/mgyL
容解性固体/mgL1300氯化物/mgL
悬浮性固体/mg/]
游高氯ハmg/L「末蝶>0.2
¤通讯处:100040北京市石景山区重兴园7#-1-402
电话:(010)88547625
色度/度
301总大肠菌群/个/11<3
E-mail:lvxg(@263.net
因为受原水水量峰谷影响,每天实际中水处理
收稿日期:2006-10-16
量约为80m3。1m2水的成本核算;人工费合计40
修回日期:2007-03-19
288水排水Vol,3增刊2007
满管气泡流和满管气水混合流,直至出现水的单向状如图2,直径100m,叶片高度为25mm
流状态。降雨末期,雨水量减少,雨水斗淹没泄流的
斗前水位降低到某一特定值(根据不同的雨水斗产
品不同),丽水斗逐渐开始有空气捲入,排水管内的
虹吸作用被破坏,排水系统又从虹吸流状态转变为
重力流状态。
1.2数值模型
?1排水模型
连续方程:
a?+,(u=0
at
ax
动量方程
a(pu1)a(pu,u
(ュ十
2雨水斗
k方程
鉴于结构化网格生成速度快、质量好、数据结构
e2+以=?[(u+监)]++s
简单、易于实现区域边界拟合等优点,本算例采用结
构化炳格。在网格划分时,按对重点部位进行加密
e方程
般部位适当放宽的原则,考虑吸水口立轴漩涡产
a(s)+江nue)=「(z+故
生的位置和尺度大小,对水箱中心、下半部和出水弯
x
管适当加密,Z=0.05m特征面网格划分如图3,系
统坐标原点在水箱底部正中心。
+CEIG-GAN
(4
式中:A=Ck2/e,v,是x;方向的速度分量,i,j
=1,2,3。P为体积分数平均密度,g为体积分数平
0.1
均粘性系数。t为时间,g为重力加速度,G为由速
度梯度引起的亲动能产生项C=(+ax,)ax
a
k为亲动能,薰动能耗散率。C、o取值见表1。
1C及的取
00.20.4
Coordinate
图3
05m网格特征面
0.09
44
1.92
1,0
边界条件和初始条件:斗前水深初始水位为
模型、网格划分及计算条件
0m,扰动速度0.?1转/s,z2=0m/s。水箱上
本文在没有虹吸雨水斗和有虹吸雨水斗情况方空气入口为等大气压人口,Pa-=101325Pa;:排水
下,模拟方形水箱排水过程,用以说明虹吸雨水斗在管出口为等大气压出口,Po=101325Pa。所有壁
排水过程中所起的重要作用,同时把 Eluent数值模面处的速度都为零。
拟尝试用于研究虹吸式屋面雨水排放系统。模型形2计算结果对比分析
状如图1,模拟水箱尺寸为800mmX800mm×300
经过计算完全重力式排水排完整个水箱中的水
mm,排水管安装在水箱底部正中心,连接管长度为大概需要80s,而安装有虹吸雨水斗的工况只需要
190mm,水平横管长度为1202mm,排水立管长度50s左右的时间,负压最大处产生在悬吊管与立管
为2166mm,排水管内径统一为32mm。雨水斗形连接的地方。
给水排水Vol.33增刊2007289