Nguyên lý tính toán hệ thống thoát nước kiểu xi-phông (Siphonic Drainage System)
HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC
NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN CỦA HỆ THỐNG XI-PHÔNG
NGUYÊN LÝ CƠ BẢN
Rainplus được gọi là một hệ thống thoát nước xi-phông vì nó dựa trên nguyên lý “xi-phông”.
Khi hệ thống xi-phông được lấp đầy hoàn toàn bằng nước, cột nước dài nhất có xu hướng hút nước từ cột ngắn hơn.
Động lực của hệ thống này đến từ sự chênh lệch độ cao giữa hai bồn chứa.
NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH
Động lực của một hệ thống thông thường (không phải xi-phông) chỉ đến từ mực nước tích tụ trên mái.
Động lực của hệ thống xi-phông Rainplus® đến từ chênh lệch độ cao giữa mái và điểm kết thúc dưới mặt đất.
Vì vậy, hiệu suất của hệ thống xi-phông Rainplus® cao hơn so với hệ thống thông thường.
ÁP SUẤT VÀ TỐC ĐỘ DÒNG CHẢY
Khi các ống trong hệ thống xi-phông Rainplus® được lấp đầy hoàn toàn bằng nước, sẽ tạo ra các điểm có áp suất và áp suất âm (hút) khác nhau, từ đó làm tăng tốc độ và lưu lượng dòng chảy.
Chuyển động này được điều khiển bởi định luật Bernoulli.
NĂNG LƯỢNG DÒNG CHẢY TRONG ỐNG
Năng lượng của dòng nước trong ống phụ thuộc vào ba yếu tố chính:
Áp suất bên trong ống,
Chiều cao địa hình (geodetic height),
Tốc độ nước.
Công thức tính năng lượng thủy lực:
TỔN THẤT ÁP LỰC TRONG DÒNG CHẢY
Năng lượng của dòng chảy giữa điểm 1 và điểm 2 được bảo toàn trừ đi các tổn thất do:
Ma sát trong ống (tổn thất phân bố),
Thay đổi hướng đi và tiết diện dòng chảy (tổn thất cục bộ).
HIỆU ỨNG XI-PHÔNG
Khi tốc độ tại điểm 2 tăng lên hoặc tổn thất dòng chảy tăng lên, áp suất tại điểm 2 giảm xuống, tạo ra áp suất âm – hiện tượng hút nước tự nhiên, tức là hiệu ứng xi-phông.
Để tạo ra hiệu ứng xi-phông, ngoài việc ngăn không khí đi vào ống thông qua phễu Rainplus®, cần tạo ra độ chân không (depression) trong hệ thống.
Cách tạo chân không:
Kéo dài đường ống để tạo tổn thất liên tục,
Thêm các khớp nối (co, thu ống) tạo tổn thất cục bộ,
Giảm đường kính ống để tăng tốc độ dòng chảy.
ÁP SUẤT ÂM & ÁP SUẤT DƯƠNG
Động lực chính của hệ thống xi-phông là sự hình thành của áp suất âm, giúp hút nước từ mái xuống.
SO SÁNH THỦY LỰC – PHÉP SO SÁNH VỚI HỆ THỐNG BƠM
Để hiểu rõ cách hoạt động của hệ thống thoát nước xi-phông, có thể so sánh với hệ thống máy bơm:
Lắp đặt máy bơm:
Đạt cân bằng thủy lực khi:
Lắp đặt hệ thống xi-phông:
Khi tổn thất dòng chảy tăng →
QB<QQ_B < Q
Tức là lưu lượng giảm xuống dưới mức cần thiết, làm giảm hiệu suất thoát nước của hệ thống xi-phông.
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA XI-PHÔNG – CÁC GIAI ĐOẠN
Giai đoạn 1: Lưu lượng thấp → nước chảy theo kiểu trọng lực thông thường.
Giai đoạn 2: Khi mực nước tăng đến một ngưỡng nhất định → dòng chảy không liên tục (plug flow).
Giai đoạn 3: Ống gần như đầy nước, nhưng còn bong bóng khí → dòng chảy bong bóng (bubble flow).
Giai đoạn 4: Hệ thống hoàn toàn kín khí, ống đầy nước → dòng chảy hoàn toàn xi-phông (full bore flow). Đây là khi đạt được lưu lượng tối đa.
