T型三通局部阻力研究進展概述

王　彬

（四川大學建筑與環境學院，四川成都　610065）

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T型三通局部阻力研究進展概述

王彬

（四川大學建筑與環境學院，四川成都610065）

摘要：隨著我國經濟的快速發展，城市排水管網也日益龐大。T型三通作為管網中最基本的連接構件，其局部阻力特性嚴重制約著城市排水管網的輸水能力，這也是如何合理設計城市排水系統的前提。結合近15年相關研究文獻，總結目前該領域的研究成果，為更進一步的研究作出展望。

關鍵詞：T型三通；局部阻力；研究現狀

1　前言

我國城市發展迅速，城市中的排水管網系統也越來越復雜。在建立城市排水系統時，如何設計并優化管網系統已成為了當今研究的熱點和重點。排水管網連接復雜，管段長短不一，直接對管網整體水力特性進行研究不具有代表性和通用性，而T型三通管道是管網系統中最重要的連接構件之一，對其管道水力特性的研究是研究管網局部能量損失的基礎。縱觀國內外的相關研究，對給水管網系統中T型三通研究已經較多，但針對排水管網系統的研究卻很少。T型三通連接管道時水流狀況十分復雜，研究其水力特性能幫助我們有效的確定管網中水流的局部能量損失。盡管不少學者對T型三通局部能量損失進行了大量實驗并歸納總結了不同流態下阻力系數的規律，但由于局部能量損失產生的邊界條件互不相同，產生的局部漩渦、分離情況各有特點，很難求得一個通用的能量損失計算公式。

2　國內外研究進展

國內外已有大量學者對T型三通的局部阻力進行了研究。工程實際中主要依據水力學中給定的局部水頭損失計算公式進行確定。這樣的方法會給實際工程帶來很大的誤差，并且這些參數是前人通過實驗總結得到，各參數差異性很大，會導致計算結果不準確。因此很多學者對特定管道、幾何邊界等不同工況問題進行研究。趙寶峰（2000）等認為不同流態下水流的流速對管道局部損失系數的影響很大，傳統突擴處水頭損失系數公式需要進行修正。通過試驗求得突擴處局部阻力系數的修正值k，彌補了理論計算公式中的局限性，同時得出k與過流斷面和流速有關。毛澤育（2003）等用DPIV和五孔畢托球對明渠交匯口處的水力特性進行了試驗，結果表明當確定形狀和尺寸時，交匯口處分離區形狀保持不變，同時，對于大流量的交匯流而言，斷面環流十分明顯。段永紅（2008）等應用軟件Fluent對三通管中的湍流流動進行了模擬，采用標準k-ε雙方程模型和Segregated隱式解法計算了湍流粘度，并得出了三通管內部的溫度場與流場分布，對三通管內流場進行了分析。經驗證，該模型比其他湍流模型得到了更合理、精確的計算結果。陳朝(2008)對常見的11種管道進行了數值計算模擬，通過改變管道幾何尺寸來分析其對局部能量損失與水流流態的影響，分析得出各類型管道局部損失系數與雷諾數的變化規律。金林海（2010）通過軟件Fluent對檢查井內水流的流動情況進行了分析，得出部分類型雨水檢查井的局部能量損失系數，檢查井內局部能量損失遠大于沿程損失的10%，這會嚴重的影響管道過流能力，根據管道實際局部能量損失對雨水管道的水面線進行校核。陳江林（2012）等對T型三通水力特性進行了數值模擬與試驗研究，得出單管過水時能量損失比雙管通水大約1.01～1.94倍，相同條件時，垂直支管能量損失比水平支管大約2.2～2.25倍，水平支管能量損失隨管徑比的增大而減小。石喜（2013）等采用不同管徑的PVC三通進行了數值模擬和試驗研究，表明主管到支管的阻力系數隨雷諾數增大而減小，當雷諾數大于1.5×105后基本趨于穩定，數值計算結果與試驗結果基本吻合。

國外學者對T型三通也進行了很多研究。Johanna Merlein（2000）認為排水系統中檢查井處能量損失隨著水深增大而增大，并建立了水工模型，在檢查井處管道頂部設置有孔蓋板減少能量損失，最終確定了層流能量損失系數。Shinji Arao（2002）等研究了直角井內加設有孔蓋板對水流特性的影響，通過堵塞出水管口，使檢查井內蓋板孔口噴水，測量孔口處水柱高度確定管道內水流的傳播速度，結果表明在檢查井內加設有孔蓋板會減小水流流速。Corrado Gisonni等對主、支管夾角分別為45°、90°的檢查井進行了研究，得出檢查井的研究重點在其節點過流能力，同時還發現支管水深和管徑對檢查井過流能力的影響很大。J·Perez Garcia（2009）等采用數值模擬結合實驗研究，分析了空氣在三通井內的分、合流時局部水頭損失的變化規律。對不同分流比進行了研究，得出三通井內分、合流時不同分流比、入口流速時局部能量損失系數，并與實驗結果相吻合。Shinji Arao（2011）等通過實驗推導出三通檢查井水頭損失計算公式，并得出很大部分的能量損失是由進出口管徑比、流量比、井內水深、跌水等造成，實驗表明支管與下游主管在檢查井內跌水引起的能量損失很小，對直通和支管進行多次的測量從而得出能量損失系數。Pfister Michael（2014）等對不同支管管徑的檢查井進行了實驗研究，實驗結果的分析說明影響檢查井處能量損失的主要因素為上游主管和垂直支管的管徑比和流量比。

3　結語

三通局部阻力的合理設計，是城市排水系統保證城市正常運行，居民生命財產安全，防止內澇頻發的關鍵環節。因此，對排水系統T型三通連接處的局部能量損失研究十分有必要。盡管美國城市排水設計手冊中已提出了局部水頭損失的計算公式，但我國檢查井類型較多，與國外有明顯差異。因此找尋一個適用于我國城市排水系統的局部水頭損失計算公式更為重要，更有研究意義和價值。

參考文獻

［1］楊校禮.三岔管水流數值模擬及水流特性研究［D］.北京：中國水利水電科學研究院, 2004.

［2］陳江林.三通管道水力學特性研究［D］.陜西：西北農林科技大學，2012.

［3］陳偉業.T型PVC三通管局部水頭損失試驗研究與數值模擬［D］.陜西：西北農林科技大學，2013.

［4］Pederseii F B，Mark O.HEAD LOSSES IN STORM SEWER MANHOLES：SUBMERGED JE TTHEORY［J］.J.Hydraul.Eng.1990: 1317-1328.

［5］吳持恭.水力學［M］.北京：高等教育出版社，2008.

Summary of the Research Development of T-Junction Local Resistance

WANG Bin
（College of Architecture and Environment，Sichuan University，Chengdu，Sichuan 610065，China）

Abstract:With the rapid development of economy in our country，urban drainage pipe network is also growing.The TJunction is the most basic connection components in network，and its local resistance characteristics restricts the water conveyance capacity of the urban drainage network.It is also the premise of designing the city drainage system reasonably. Combining with the relevant research reference in nearly 15 years，the research achievements of this field are summarized，and prospect for further research is made.

Key Words:T-Junction；Local resistance；research status

作者簡介：王彬（1990-），男，碩士研究生，主要研究方向：城市防洪、排澇與降雨徑流模擬。

收稿日期：2016-01-11

中圖分類號：TQ051

文獻標識碼：A

文章編號：2095-980X（2016）02-0133-02