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摘要：我国自20世纪80年代以来开始引进利用虹吸式系统，尤其是在进入21世纪后广泛推广使用于航站楼、展览馆、仓库、办公大楼、体育场等跨度大、结构复杂的屋面，随之广大工程技术人员逐渐深入研究，对虹吸系统的设计关键因素展开广泛讨论，在工程应用许多领域获得了较为成熟的理论成果和实践经验。
关键词：虹吸式雨水系统 数值分析 影响因素
Analysis of the Tail Tube ( Pipe ) Selection of Siphon System Affecting Factors
PanHao1,HUANG Xiao-jia2,3
（College of City Construction ,University of South China ,HengYang 421001;China IPPR Engincering Corporation;Beijing 100089;College of City Construction ,University of South China, HengYang, 421001)
Abstract: Our country since nineteen eighties began to introduce the use of siphon type system, especially after entering twenty-first Century widely used in the terminal building, exhibition hall, warehouse, office buildings, stadiums and other large span and complicated structure, roof, then the majority of engineering and technical personnel gradually in-depth study, the siphon system design essential factor spread out to discuss extensively in engineering applications, many areas have a more mature theory and experienceon .
Key words:siphonic roof drainage system;influence factors ; numerical simulation
前言
虹吸式屋面雨水排水系統作为一种新兴的雨水排水技术，因其具有高效、节材等优点，迅速在航站楼、展览馆、仓库、办公大楼、体育场等大屋面大体量建筑领域取代传统重力流屋面雨水系统【1～2】。，实践证明虹吸系统相对于重力式系统具有系统泄水能力大、悬吊管敷设无需坡度节省建筑空间、管径小、流速大排水迅速等诸多优点。本文后续文中会对影响虹吸（满管流）是否快速、顺利形成的各大因素作较为详细的综述。
1.虹吸式雨水系统
1.1 虹吸式系统流态变化和最小虹吸流量
虹吸式雨水系统由虹吸式雨水斗、连接管（尾管）、悬吊管、立管和过渡段组成，降雨过程中系统并不是全部在虹吸流态（压力流）下运行，重力流与虹吸流交换运行，整个过程需经历五种流态：波浪流、脉冲流、活塞流、泡沫流、满管流。
降雨初期，悬吊管内雨水为非满管流，表现为波浪流和脉冲流；系统处于重力流状态，排水效率低下，斗前水深迅速增加。随着降雨量的增大，斗前水深逐步加大，水流过渡到活塞流和泡沫流，并间歇式形成虹吸作用，产生瞬间抽吸作用，排水能力突然增大，斗前水深回落，系统又回落到重力式流态；这样经过一定时间后，斗前水深趋于稳定，形成稳定的虹吸满管流，此时排水能力已趋于饱和，不再有太大变化。降雨后期，雨水量减少，虹吸系统按逆方向经历上述阶段，最终在重力流运行下排除积滞的后期雨水。
降雨过程中，连接管（尾管）首先形成满管流，迅速启动小虹吸，“填充”悬吊管；而后悬吊管会依次经历以上所述的五种流态，最终到达满管流状态；悬吊管充分形成满管流后，雨水开始从顶端向下游段“填充”立管，当立管中无掺气（实际上，水汽比大于95%时，即可近似认为系统在无掺气满管流下运行），整个系统完全启动虹吸。
虹吸系统的顺利启动依赖于尾管、悬吊管和立管满管流形成的难易程度和快慢与否，尾管相对于整个系统为小管径，较为容易形成满管（虹吸）流；立管在悬吊管充分填充（水流）后，依靠立管高差具有的势能，转变为速度水头，“顺其自然”【5】启动整个系统形成虹吸。在虹吸式系统中，为凸显其经济优越性，悬吊管一般连接数量较多的雨水斗，以节省立管数量，工程实践表明，悬吊管长度最高可达150m，因此悬吊管能否迅速而便捷的实现满管流态，关系到整个系统的安全有效运行。悬吊管的填充速度和水平取决于尾管泄流而来的雨水流量，因此尾管能否正常形成最小虹吸流量，是整个虹吸系统设计关键中的关键。
1.2 系统流态的水力学分析
关于虹吸式雨水系统的虹吸启动原理，工程技术人员意见不一，但笔者发现多数研究工作者倾向于水跃机理，本文综合水力学关于水跃基本概念，对悬吊管满管流的形成过程进行粗略的分析。
1.2.1 水跃
水跃是水流从急流状态过渡到缓流状态时水面突然跃起的局部水力突变现象。水流从雨水斗进入连接管（尾管）后，泄流至尾管末端向水平悬吊管转弯处时，转弯处水团遇到阻力流速急剧改变，在悬吊管首端跃起。尾管越长，即雨水斗斗前水面与悬吊管中心处的高差越大，水流利用位置水头产生的流速水头越大，当在尾管转弯处突然改变流速时，水跃越高。
1.2.2五种流态的水力学（水跃现象）分析
水跃有多种形式，图1是几种常见的水跃形式。
据此可以结合虹吸雨水系统运行过程中的五种流态，对比进行粗略分析。在初始阶段，尾管泄流量少，表现为波状水跃，相应于图1中的波浪流。随着时间的推移，尾管泄流量逐步增加，水跃深度（h〞）缓慢增加，水跃沿悬吊管向下游传播，可认为整个水平管段上发生连续性水跃现象。当部分水跃深度达到管径大小时，形成局部满管流。此时水跃结果会形成图1中的脉冲流和活塞流，产生瞬间虹吸现象。当泄流量进一步加大，转弯处水跃以强水跃方式存在，水深迅速增加，充满悬吊管首端，并向下游传播，同时高速水流卷携气团随之流动，这种状态相当于泡沫流，当整个长度方向上的管段都填充满时，悬吊管形成满管流。分析可知，水跃深度能否达到管顶关系到悬吊管的填充效果，而尾管处的泄流量大小、泄流方式决定着水跃的强弱，水跃强则能迅速填充并形成满管流，水跃弱则难以产生高速水流携卷气团创造虹吸条件。
2.虹吸系统运行效果的影响因素
2.1 虹吸雨水斗型号
虹吸式雨水斗相比传统重力式雨水斗，增设挡水夹板，可最大限度阻止空气进入，并对进入雨水斗的雨水起整流的作用，促进系统排水管道呈满管流状态，从而在立管与悬吊管交汇点处形成最大负压，利用抽吸作用，产生虹吸。
系统运行初期，斗前水深较浅，漩涡将空气携入雨水斗，泄流量小。此时通过雨水斗的流量可按环形堰流计算【7】：
（1-5）
式中Q——通过雨水斗泄流量（m3/s）
µ——雨水斗进水口流量系数，取0.45
D——雨水斗进水口直径，m
h——雨水斗斗前水位，m
雨水斗泄流量与斗前水深的1.5次方成正比，降雨过程中，随斗前水深增加，雨水斗泄流量迅速增加。当雨水斗进水口前水位上升到一定高度时，排水口不再有掺气现象，排水管处于满流状态。不掺气雨水斗泄流量可按式（1-6）计算：
（1-6）
式中，Qd——雨水斗出水口泄流量，m3/s
µd——雨水斗进水口流量系数，取0.95
dj——雨水斗内径
H——雨水斗前水面至雨水斗出水口处的高度，m
H1——雨水斗排水管中的负压，m
2.2 连接管（尾管）长度
1.2.1节中从水力学（水跃）的角度解释了尾管长度对虹吸泄流能力的影响，尾管长度越长，则水跃越强，虹吸越容易启动。《规程》和VDI3806都规定了连接管（尾管）长度应>1m，意在有足够的作用水头可供利用，保证下泄量持续增加，形成虹吸所需要的最小虹吸流量。若尾管长度不够，则作用水头不足以产生最小虹吸流量，不能启动系统形成虹吸，造成斗前水深持续升高，有屋面溢流风险。但考虑建筑物的有效空间，尾管长度（悬吊管安装高度）不宜布置太大，以免造成空间有效高度的浪费。
2.3 连接管（尾管）管径
实验方案措施：VDI在总结尾管管径分别为DN70、DN100、DN125条件下大量运行数据，绘制了最小流量曲线图，但并没有给出外推大管径（DN≥150）条件下最小虹吸流量的依据和方法，可能具有较大的误差。
本实验拟利用惠通实验条件，完成管径分别为DN50、DN70、DN100和DN125的最小虹吸流量实验，并对比VDI小管径下曲线，进行比对和校核。拟运用模拟实验，采取两种方案：
方案一：国内有学者【8】根据VDI提供的小管径数据，对曲线采集数据点进行了数字化拟合，获得了回归较为精确的相关函数及其系数，然后代入大管径求得相应最小虹吸流量。其优势在于曲线方程化，有利于计算机编程直接选用，降低了人工读数的误差，提高计算效率。但是，VDI曲线绘制的是离散点，该文献直接利用少数几个离散点进行函数拟合，并外推至大管径，较为欠妥，且实质上也只是对VDI数据的简单处理。
方案二：直接在小管径基础上，运用Fluent，直接进行水力学模拟计算。但从VDI的曲线趋势上可以看出，大管径条件下系统运行工况已有很大差别，此时若利用小管径条件下的设计参数，对系统进行模拟计算，可能产生一定的误差。
以上两种方案，都是在前期小管径基础上，运用流体力学计算软件，进行后期处理，推求大管径虹吸状态工况，有“半经验半理论”的特点，因为模拟实验不能考虑全部不可预见因素，对某些参数需进行理想化或假设，因此都具有一定的误差。但这两种方案，都是在VDI基础上的进一步研究，具备一定的现实意义。
2.4悬吊管长度
虹吸式雨水系统要在满管流状态下才能以压力流的形式运行，具体过程前面已有分析，这里不再赘述。尾管满管后形成小虹吸，迅速填充悬吊管，悬吊管充满前，系统整体依然处于重力流态下运行，排水能力有限。悬吊管越长，则填充时间越长，则要求屋面天空调蓄容积越大。若悬吊管太短，则不符合“虹吸系统悬吊管连接雨水斗数量不受限制，可节省立管数量”的经济性原则。所以，悬吊管的长短，会影响尾管的填充速度和效果。
3.实验设计初步思路
水力实验平台以惠通虹吸式雨水排放系统模拟为装置，以流体力学计算软件（Fluent）、高等数学、流体力学、水力学基本原理。以最小虹吸流量（即立管恰好出现满管流）作为主导评判性标准，以形成虹吸所需时间为参考性标准，重点研究尾管不同长度、管径、连接方式对系统工况下最小虹吸流量的影响效果，综合运用水力实验平台和模拟实验平台全面校核VDI3806最小虹吸流量曲线，尤其是通过实验研究获得较为精准的大管径外推值；最后，运用实验条件，展开对不同雨水斗型号和尾管运行工况的关系研究。
3.1 实验手段和方法：
水力实验平台：虹吸式雨水排水系统测试方法可分为静态试验和动态试验【4】【9】。静态试验为关闭系统上控制阀门，启动放水系统，待配水槽水位达到一定深度时（如300mm），停止进水，打开控制阀门，测试随时间变化的虹吸工况。静态试验相当于模拟虹吸系统的逆运行过程，系统将依次经历虹吸满管流、水塞流、泡沫流和脉冲流（此处会形成间歇式虹吸现象，水位急剧下降）、波浪流。静态试验可测定雨水系统在不同斗前水深下的最大排水能力。动态试验则先开启控制阀门，调节进水系统开度，模拟降雨过程，逐步增大进水量，观看系统流态变化，记录管内流量变化，测定立管刚形成满管流时的最小虹吸流量。
模拟实验平台：以流体力学和水力学相关原理为理论基础，以水力实验所测数据为实践基础，结合系统管材及部件等性能参数，运用Fluent进行水力学模拟，研究大管径（DN≥150）及小管径范围内的虚拟管径（如DN60、DN80）下尾管对系统最小虹吸流量的影响；在水力实验受限制的条件下，模拟悬吊管极限长度（如0.37m、1.65m）以及雨水斗不同型号对系统工况（最小虹吸流量）的影响。
3.2 实验进程计划
继续大量越读相关规范和文献，深化对虹吸系统原理的认识，同时深入学习Fluent，论证水力学模拟的可行性和准确性。进一步同惠通进行沟通，了解惠通已有实验条件（如雨水斗型号、尾管管徑、尾管长度、尾管连接方式、悬吊管和立管型号等），设计实验平台。
3.2.1 选用静态试验方法，测试系统运行工况
（1）改变尾管长度，测定最小虹吸流量
（2）改变尾管管径，测定最小虹吸流量
（3）改变尾管连接方式，测定最小虹吸流量
（4）根据尾管管径和系统整体尺寸，选用不同型号的雨水斗，完成雨水斗对虹吸运行工况的影响测试。
3.2.2 模拟实验
（1）根据水力学原理和前期实验数据，运用Fluent对大管径进行系统计算模拟，或完善小管径范围内的最小虹吸流量关系曲线（如模拟虚拟管径条件下的最小虹吸流量，以使原来的离散点接近于连续化）。
（2）若惠通雨水斗型号有限，则可进一步运用Fluent软件对模拟雨水斗不同型号（尺寸）对系统最小虹吸流量的影响。
3.2.3 后期处理
按2.4节所述两种方案进行后期数据处理，比选两种方案下外推大管径最小虹吸流量曲线的可靠度和精确度；总结前期水力学和模拟实验成果，系统化实验数据，提出较为完整的理论成果总结。
参考文献
[1]徐扬，瞿迅．浦东国际机场航站楼屋面雨水排水系统设计比较．给水排水，2000 ,26
(4),43～47．
[2] 庄新南. 压力流雨水排水系统在横店国际展览馆的应用．给水排水，2001,27(1)：57-59．
[3] 王新文，胡云杰．虹吸式屋面雨水排水系统利弊分析．建筑科学，2009 ,25(4)：102～104
[4] 付四立，张晓红等.虹吸式雨水排水系统试验装置的研制与实践.实验技术与管理，2010，27（2）：50~52
[5] 归谈纯.虹吸式屋面雨水排水系统热点问题探讨.中国给水排水.2006，22（4）：41~43
[6] Siphonic Roof drainage Association:2007. A guide to Siphonic Roof Drainage.
[7]孙瑛．压力流(虹吸式) 屋面雨水排水系统水力计算．给水排水，2002 ,28 (1)：77～81．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：虹吸式雨水系统 数值分析 影响因素
Analysis of the Tail Tube ( Pipe ) Selection of Siphon System Affecting Factors
PanHao1,HUANG Xiao-jia2,3
（College of City Construction ,University of South China ,HengYang 421001;China IPPR Engincering Corporation;Beijing 100089;College of City Construction ,University of South China, HengYang, 421001)
Abstract: Our country since nineteen eighties began to introduce the use of siphon type system, especially after entering twenty-first Century widely used in the terminal building, exhibition hall, warehouse, office buildings, stadiums and other large span and complicated structure, roof, then the majority of engineering and technical personnel gradually in-depth study, the siphon system design essential factor spread out to discuss extensively in engineering applications, many areas have a more mature theory and experienceon .
Key words:siphonic roof drainage system;influence factors ; numerical simulation
前言
虹吸式屋面雨水排水系統作为一种新兴的雨水排水技术，因其具有高效、节材等优点，迅速在航站楼、展览馆、仓库、办公大楼、体育场等大屋面大体量建筑领域取代传统重力流屋面雨水系统【1～2】。，实践证明虹吸系统相对于重力式系统具有系统泄水能力大、悬吊管敷设无需坡度节省建筑空间、管径小、流速大排水迅速等诸多优点。本文后续文中会对影响虹吸（满管流）是否快速、顺利形成的各大因素作较为详细的综述。
1.虹吸式雨水系统
1.1 虹吸式系统流态变化和最小虹吸流量
虹吸式雨水系统由虹吸式雨水斗、连接管（尾管）、悬吊管、立管和过渡段组成，降雨过程中系统并不是全部在虹吸流态（压力流）下运行，重力流与虹吸流交换运行，整个过程需经历五种流态：波浪流、脉冲流、活塞流、泡沫流、满管流。
降雨初期，悬吊管内雨水为非满管流，表现为波浪流和脉冲流；系统处于重力流状态，排水效率低下，斗前水深迅速增加。随着降雨量的增大，斗前水深逐步加大，水流过渡到活塞流和泡沫流，并间歇式形成虹吸作用，产生瞬间抽吸作用，排水能力突然增大，斗前水深回落，系统又回落到重力式流态；这样经过一定时间后，斗前水深趋于稳定，形成稳定的虹吸满管流，此时排水能力已趋于饱和，不再有太大变化。降雨后期，雨水量减少，虹吸系统按逆方向经历上述阶段，最终在重力流运行下排除积滞的后期雨水。
降雨过程中，连接管（尾管）首先形成满管流，迅速启动小虹吸，“填充”悬吊管；而后悬吊管会依次经历以上所述的五种流态，最终到达满管流状态；悬吊管充分形成满管流后，雨水开始从顶端向下游段“填充”立管，当立管中无掺气（实际上，水汽比大于95%时，即可近似认为系统在无掺气满管流下运行），整个系统完全启动虹吸。
虹吸系统的顺利启动依赖于尾管、悬吊管和立管满管流形成的难易程度和快慢与否，尾管相对于整个系统为小管径，较为容易形成满管（虹吸）流；立管在悬吊管充分填充（水流）后，依靠立管高差具有的势能，转变为速度水头，“顺其自然”【5】启动整个系统形成虹吸。在虹吸式系统中，为凸显其经济优越性，悬吊管一般连接数量较多的雨水斗，以节省立管数量，工程实践表明，悬吊管长度最高可达150m，因此悬吊管能否迅速而便捷的实现满管流态，关系到整个系统的安全有效运行。悬吊管的填充速度和水平取决于尾管泄流而来的雨水流量，因此尾管能否正常形成最小虹吸流量，是整个虹吸系统设计关键中的关键。
1.2 系统流态的水力学分析
关于虹吸式雨水系统的虹吸启动原理，工程技术人员意见不一，但笔者发现多数研究工作者倾向于水跃机理，本文综合水力学关于水跃基本概念，对悬吊管满管流的形成过程进行粗略的分析。
1.2.1 水跃
水跃是水流从急流状态过渡到缓流状态时水面突然跃起的局部水力突变现象。水流从雨水斗进入连接管（尾管）后，泄流至尾管末端向水平悬吊管转弯处时，转弯处水团遇到阻力流速急剧改变，在悬吊管首端跃起。尾管越长，即雨水斗斗前水面与悬吊管中心处的高差越大，水流利用位置水头产生的流速水头越大，当在尾管转弯处突然改变流速时，水跃越高。
1.2.2五种流态的水力学（水跃现象）分析
水跃有多种形式，图1是几种常见的水跃形式。
据此可以结合虹吸雨水系统运行过程中的五种流态，对比进行粗略分析。在初始阶段，尾管泄流量少，表现为波状水跃，相应于图1中的波浪流。随着时间的推移，尾管泄流量逐步增加，水跃深度（h〞）缓慢增加，水跃沿悬吊管向下游传播，可认为整个水平管段上发生连续性水跃现象。当部分水跃深度达到管径大小时，形成局部满管流。此时水跃结果会形成图1中的脉冲流和活塞流，产生瞬间虹吸现象。当泄流量进一步加大，转弯处水跃以强水跃方式存在，水深迅速增加，充满悬吊管首端，并向下游传播，同时高速水流卷携气团随之流动，这种状态相当于泡沫流，当整个长度方向上的管段都填充满时，悬吊管形成满管流。分析可知，水跃深度能否达到管顶关系到悬吊管的填充效果，而尾管处的泄流量大小、泄流方式决定着水跃的强弱，水跃强则能迅速填充并形成满管流，水跃弱则难以产生高速水流携卷气团创造虹吸条件。
2.虹吸系统运行效果的影响因素
2.1 虹吸雨水斗型号
虹吸式雨水斗相比传统重力式雨水斗，增设挡水夹板，可最大限度阻止空气进入，并对进入雨水斗的雨水起整流的作用，促进系统排水管道呈满管流状态，从而在立管与悬吊管交汇点处形成最大负压，利用抽吸作用，产生虹吸。
系统运行初期，斗前水深较浅，漩涡将空气携入雨水斗，泄流量小。此时通过雨水斗的流量可按环形堰流计算【7】：
（1-5）
式中Q——通过雨水斗泄流量（m3/s）
µ——雨水斗进水口流量系数，取0.45
D——雨水斗进水口直径，m
h——雨水斗斗前水位，m
雨水斗泄流量与斗前水深的1.5次方成正比，降雨过程中，随斗前水深增加，雨水斗泄流量迅速增加。当雨水斗进水口前水位上升到一定高度时，排水口不再有掺气现象，排水管处于满流状态。不掺气雨水斗泄流量可按式（1-6）计算：
（1-6）
式中，Qd——雨水斗出水口泄流量，m3/s
µd——雨水斗进水口流量系数，取0.95
dj——雨水斗内径
H——雨水斗前水面至雨水斗出水口处的高度，m
H1——雨水斗排水管中的负压，m
2.2 连接管（尾管）长度
1.2.1节中从水力学（水跃）的角度解释了尾管长度对虹吸泄流能力的影响，尾管长度越长，则水跃越强，虹吸越容易启动。《规程》和VDI3806都规定了连接管（尾管）长度应>1m，意在有足够的作用水头可供利用，保证下泄量持续增加，形成虹吸所需要的最小虹吸流量。若尾管长度不够，则作用水头不足以产生最小虹吸流量，不能启动系统形成虹吸，造成斗前水深持续升高，有屋面溢流风险。但考虑建筑物的有效空间，尾管长度（悬吊管安装高度）不宜布置太大，以免造成空间有效高度的浪费。
2.3 连接管（尾管）管径
实验方案措施：VDI在总结尾管管径分别为DN70、DN100、DN125条件下大量运行数据，绘制了最小流量曲线图，但并没有给出外推大管径（DN≥150）条件下最小虹吸流量的依据和方法，可能具有较大的误差。
本实验拟利用惠通实验条件，完成管径分别为DN50、DN70、DN100和DN125的最小虹吸流量实验，并对比VDI小管径下曲线，进行比对和校核。拟运用模拟实验，采取两种方案：
方案一：国内有学者【8】根据VDI提供的小管径数据，对曲线采集数据点进行了数字化拟合，获得了回归较为精确的相关函数及其系数，然后代入大管径求得相应最小虹吸流量。其优势在于曲线方程化，有利于计算机编程直接选用，降低了人工读数的误差，提高计算效率。但是，VDI曲线绘制的是离散点，该文献直接利用少数几个离散点进行函数拟合，并外推至大管径，较为欠妥，且实质上也只是对VDI数据的简单处理。
方案二：直接在小管径基础上，运用Fluent，直接进行水力学模拟计算。但从VDI的曲线趋势上可以看出，大管径条件下系统运行工况已有很大差别，此时若利用小管径条件下的设计参数，对系统进行模拟计算，可能产生一定的误差。
以上两种方案，都是在前期小管径基础上，运用流体力学计算软件，进行后期处理，推求大管径虹吸状态工况，有“半经验半理论”的特点，因为模拟实验不能考虑全部不可预见因素，对某些参数需进行理想化或假设，因此都具有一定的误差。但这两种方案，都是在VDI基础上的进一步研究，具备一定的现实意义。
2.4悬吊管长度
虹吸式雨水系统要在满管流状态下才能以压力流的形式运行，具体过程前面已有分析，这里不再赘述。尾管满管后形成小虹吸，迅速填充悬吊管，悬吊管充满前，系统整体依然处于重力流态下运行，排水能力有限。悬吊管越长，则填充时间越长，则要求屋面天空调蓄容积越大。若悬吊管太短，则不符合“虹吸系统悬吊管连接雨水斗数量不受限制，可节省立管数量”的经济性原则。所以，悬吊管的长短，会影响尾管的填充速度和效果。
3.实验设计初步思路
水力实验平台以惠通虹吸式雨水排放系统模拟为装置，以流体力学计算软件（Fluent）、高等数学、流体力学、水力学基本原理。以最小虹吸流量（即立管恰好出现满管流）作为主导评判性标准，以形成虹吸所需时间为参考性标准，重点研究尾管不同长度、管径、连接方式对系统工况下最小虹吸流量的影响效果，综合运用水力实验平台和模拟实验平台全面校核VDI3806最小虹吸流量曲线，尤其是通过实验研究获得较为精准的大管径外推值；最后，运用实验条件，展开对不同雨水斗型号和尾管运行工况的关系研究。
3.1 实验手段和方法：
水力实验平台：虹吸式雨水排水系统测试方法可分为静态试验和动态试验【4】【9】。静态试验为关闭系统上控制阀门，启动放水系统，待配水槽水位达到一定深度时（如300mm），停止进水，打开控制阀门，测试随时间变化的虹吸工况。静态试验相当于模拟虹吸系统的逆运行过程，系统将依次经历虹吸满管流、水塞流、泡沫流和脉冲流（此处会形成间歇式虹吸现象，水位急剧下降）、波浪流。静态试验可测定雨水系统在不同斗前水深下的最大排水能力。动态试验则先开启控制阀门，调节进水系统开度，模拟降雨过程，逐步增大进水量，观看系统流态变化，记录管内流量变化，测定立管刚形成满管流时的最小虹吸流量。
模拟实验平台：以流体力学和水力学相关原理为理论基础，以水力实验所测数据为实践基础，结合系统管材及部件等性能参数，运用Fluent进行水力学模拟，研究大管径（DN≥150）及小管径范围内的虚拟管径（如DN60、DN80）下尾管对系统最小虹吸流量的影响；在水力实验受限制的条件下，模拟悬吊管极限长度（如0.37m、1.65m）以及雨水斗不同型号对系统工况（最小虹吸流量）的影响。
3.2 实验进程计划
继续大量越读相关规范和文献，深化对虹吸系统原理的认识，同时深入学习Fluent，论证水力学模拟的可行性和准确性。进一步同惠通进行沟通，了解惠通已有实验条件（如雨水斗型号、尾管管徑、尾管长度、尾管连接方式、悬吊管和立管型号等），设计实验平台。
3.2.1 选用静态试验方法，测试系统运行工况
（1）改变尾管长度，测定最小虹吸流量
（2）改变尾管管径，测定最小虹吸流量
（3）改变尾管连接方式，测定最小虹吸流量
（4）根据尾管管径和系统整体尺寸，选用不同型号的雨水斗，完成雨水斗对虹吸运行工况的影响测试。
3.2.2 模拟实验
（1）根据水力学原理和前期实验数据，运用Fluent对大管径进行系统计算模拟，或完善小管径范围内的最小虹吸流量关系曲线（如模拟虚拟管径条件下的最小虹吸流量，以使原来的离散点接近于连续化）。
（2）若惠通雨水斗型号有限，则可进一步运用Fluent软件对模拟雨水斗不同型号（尺寸）对系统最小虹吸流量的影响。
3.2.3 后期处理
按2.4节所述两种方案进行后期数据处理，比选两种方案下外推大管径最小虹吸流量曲线的可靠度和精确度；总结前期水力学和模拟实验成果，系统化实验数据，提出较为完整的理论成果总结。
参考文献
[1]徐扬，瞿迅．浦东国际机场航站楼屋面雨水排水系统设计比较．给水排水，2000 ,26
(4),43～47．
[2] 庄新南. 压力流雨水排水系统在横店国际展览馆的应用．给水排水，2001,27(1)：57-59．
[3] 王新文，胡云杰．虹吸式屋面雨水排水系统利弊分析．建筑科学，2009 ,25(4)：102～104
[4] 付四立，张晓红等.虹吸式雨水排水系统试验装置的研制与实践.实验技术与管理，2010，27（2）：50~52
[5] 归谈纯.虹吸式屋面雨水排水系统热点问题探讨.中国给水排水.2006，22（4）：41~43
[6] Siphonic Roof drainage Association:2007. A guide to Siphonic Roof Drainage.
[7]孙瑛．压力流(虹吸式) 屋面雨水排水系统水力计算．给水排水，2002 ,28 (1)：77～81．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。