真空排污是一種具廣泛運用潛力的工程技術。目前,國內外對真空排污系統的設計計算原理及方法研究還有待深入,國內尚無真空排污系統的設計規范或標準。論文對真空排污管網中空氣-污水多相流壓力損失計算模型、真空排污系統輸送能力以及真空排污系統參數設計計算方法進行了深入的研究,同時對真空排污技術規范展開了探討,旨在提高真空排污系統的可靠性和經濟性。分析了污水流變特性及污水在管網中輸送過程,將管中復雜的氣液固三相流簡化為兩種類型氣液兩相流:（a）空氣-污水牛頓流體氣液兩相流;（b）空氣-污水非牛頓流體氣液兩相流。以此為基礎,重點研究了真空排污管網中空氣-污水牛頓流體氣液兩相流的壓力損失模型。基于分相模型和Lockhart-Martinelli公式理論導出了真空排污管路摩擦壓力損失計算模型,該模型反映出真空排污管路摩擦損失隨著污水流量的增大而成1.75冪指數方倍增加,隨著管徑的增大而成4.75冪次方減少。與傳統計算模型相比,本文所建立的摩擦壓力損失計算模型計算結果更接近實驗結果。基于上述已建立的摩擦損失計算模型,確定了污水zui大設計流量與管徑的對應關系;基于兩相流理論中的回流條件導出了不同管徑下使污水提升的zui小氣流速度約為20～45m/s;在運用上述已建立的摩擦損失計算模型及借鑒國外相關資料的基礎上,分析了污水流量、氣液比、真空度、壓力損失、管徑等參數間關系,并探討了真空泵站集水能力與真空泵動力的關系以及zui大收集半徑問題。在地勢平坦的條件下,真空排污管道系統理論上zui大服務半徑可達2800～4500米。在實際工程中,管道因爬坡增加提升損失,收集半徑會相應減小。
一般情況下,一個中心真空泵站的收集半徑按2500米考慮。為了增大污水收集半徑,本文還對管道系統布設、系統真空度及氣液比選擇等措施進行了分析。應用本文已建立的管道摩擦壓力損失計算模型、管網關聯矩陣和改進的遺傳算法建立了大中型真空排污管網的優化設計計算方法,并建立和完善了真空站相關參數的設計計算方法。其一,為了提高管網計算的精度和速度,基于本文已建立的摩擦阻力損失計算模型及管網關聯矩陣構建了各管段的設計流量、壓力損失及節點真空度等水力參數計算方程組的表示式。其二,建立了一個以管網工程造價為目標函數和以各節點真空度要求、節點流量平衡條件等為約束條件的管徑優選的數學模型。同時,為了更準確、快速地求解此數學模型,本文對基本遺傳算法的編碼、選擇算子、交叉算子、變異算子以及部分參數的設置采取改進措施,設計了改進的遺傳算法。在上述工作基礎上給出了真空排污管網優化設計計算的具體步驟。其三,根據氣體質量守恒方程導出了儲能罐容積計算式,儲能罐zui小容積不僅取決于真空站工作壓力范圍及其維持時間,還取決于污水收集罐和管網的容積。
同時根據3類常用真空泵的優缺點、污水收集罐所需真空度和管線zui大壓力損失值,確定了真空泵選型方法:當管線zui大壓力損失小于4米高水柱時,選用水環式真空泵,當管線的zui大壓力損失大于4米水柱時,選擇滑閥型式真空泵、旋轉片式真空泵等具有更高真空度的真空泵;然后根據真空泵抽氣量選擇真空泵型號,并由真空泵的抽氣時間校核真空泵抽氣量和儲能罐容積是否保證真空泵工作時間在1～3分鐘。其四,以一個2000戶社區的真空排污系統的設計計算為例,在管長、設計人數、提升級數、提升高度等參數相同的條件下,分別運用了優化設計計算方法和傳統設計計算方法對各管段的設計流量、管徑、壓力損失和節點真空度進行計算,并將管網計算結果分別運用于真空泵、排污泵、真空儲能罐、污水儲能罐的選型及相關參數設計之中,結果表明了:比傳統設計計算方法相比,本文優化設計計算方法能獲得一組直接以市場規格管徑表示的較優管徑組合方案以及選用更小容量、更小功率的真空泵,既可滿足系統可靠性要求,又可降低系統的建設成本和運行成本。此外,對某市鐵路站場真空式地面排污系統和某市中心人民醫院室內真空排污系統分別進行了設計。在上述工作的基礎上,并消化、整理國外相關資料以及結合科研組的研究,編寫了《真空排污系統設計規范》（草稿）（作為論文的附錄B）,基本涵蓋了對系統設計的總體要求及有關氣液動力學設計、真空管網設計、真空站設計、污水真空收集閥井設計、管網壓力檢測系統設計以及真空排污系統安裝、測試和校驗等內容。
排污泵是一種泵與電機連體，并同時潛入液下工作的泵類產品，與一般臥式泵或立式污水泵相比，排污泵結構緊湊、占地面積小。安裝維修方便小型的排污泵可以自由安裝，大型的排污泵一般都配有自動藕合裝置可以進行自動安裝，安裝及維修相當方便。連續運轉時間長。排污泵由于泵和電機同軸，軸短，轉動部件重量輕，因此軸承上承受的載荷（徑向）相對較小，壽命比一般泵要長得多。不存在汽蝕破壞及灌引水等問題。特別是后一點給操作人員帶來了很大的方便。振動噪聲小，電機溫升低，對環境無污染。
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