[发明专利]便器冲水排污效果的模拟方法

说明书

技术领域：

本发明是一种便器冲水排污效果的模拟方法，特别是一种便器冲水排污效果的液-固替代数值模拟方法，属于流体动力数值模拟创新技术。

背景技术：

便器是现代家居不可缺少的卫生洁具设备，是结构最为复杂的卫生陶瓷产品，冲水性能是其最主要的使用性能。冲水性能主要包含三个方面：(1)排出污物的排污能力；(2)便器表面粘附污物冲刷自洁能力；(3)冲水后，便器中存留一定量洁净水，隔离室内空气与下水管道异味的隔离能力。其中，排污能力最为重要。若在产品设计阶段就能实现模拟冲水过程的数值模拟，预测冲水效果，可以大大提高产品质量，缩短新产品开发周期。而由于便器必需具有特殊的复杂结构，才能实现排污及保证冲水性能。以坐便器为例，它有可存定量水的水箱1、复杂的坐圈流道2、开敞的水包3、弯曲的排污管道4，如图1所示。坐便器冲水过程极为复杂，水在水箱和坐圈流道中流动是纯流体的类似管道流动；在水包中则是水的半自由流动，水流速度较高，产生对水包壁面的冲刷，还可能伴有湍流和冲击现象，最终与污物固体混合；在排污管中则是流体与污物固体混合的管道流动，伴有虹吸现象产生。因此，冲水过程包含自由表面与弯曲管道复合的复杂边界条件，源头压力随时间变化，存在液、固多相耦合，流态多样，是一种复杂流道非稳态多相流动过程，要进行准确的数值模拟十分困难，而最大的难点在于液固耦合的分析计算。

发明内容：

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种通过替代模型的计算即可预知实际模型的便器冲水排污效果的模拟方法。本发明为便器冲水排污效果模拟的简化计算方法，该方法可以避免液固耦合的复杂计算。

本发明便器冲水排污效果的模拟方法，包括有如下步骤：

1)建立冲水的气体-液体-污物替代流体的模型，在不同结构的便器以不同的冲水量进行数值模拟计算，改变污物替代流体的粘度、密度，可获得不同条件下的污物替代流体的残余量；

2)配制相应粘度、密度的污物替代流体，在相应的条件下进行实际冲水实验，测得各种条件下的污物替代流体的残余量，取实验结果与模拟计算最为吻合的密度和粘度作为污物替代流体的密度和粘度；

3)按陶瓷国家标准在不同结构和不同冲水量条件下进行小球冲水实验，测得不同条件下残余球的个数N，由此获得数值模拟残余量n(％)和实际冲水残余球个数N间的关系，即N＝F(n)。

上述冲水过程数值模拟计算的模型“气体-液体-污物替代流体”中的液体为清水，污物替代流体为为具有一定密度和粘度的液体。

上述污物替代流体的密度和粘度的确定方法是：配制相应粘度、密度的污物替代液体，在相应的条件下进行实际冲水实验，测得各种条件下的污物替代液体的残余量，取实验结果与模拟计算最为吻合的密度和粘度作为污物替代液体的密度和粘度。

上述最终模拟结果的获得是：按陶瓷国家标准在不同结构和不同冲水量条件下进行小球冲水实验，测得不同条件下残余球的个数N，由此获得数值模拟残余量n(％)和实际冲水残余球个数N间的关系，即N＝F(n)。

本发明由于采用通过建立冲水的气体-清水-污物替代液体的替代模型来替代气体-液体-固体模型进行模拟计算，再通过实验建立替代模型和实际模型的关系，从而即可预知实际模型的冲水效果。因此，本发明简单方便，使用效果好，是一种方便实用的便器冲水排污效果的模拟方法。

附图说明：

图1为坐便器的结构示意图；

具体实施方式：

实施例：

本发明便器冲水排污效果的模拟方法，包括有如下步骤：

1)建立冲水的气体-液体-污物替代流体的模型，在不同结构的便器以不同的冲水量进行数值模拟计算，改变污物替代流体的粘度、密度，可获得不同条件下的污物替代流体的残余量；

2)配制相应粘度、密度的污物替代流体，在相应的条件下进行实际冲水实验，测得各种条件下的污物替代流体的残余量，取实验结果与模拟计算最为吻合的密度和粘度作为污物替代流体的密度和粘度；

3)按陶瓷国家标准在不同结构和不同冲水量条件下进行小球冲水实验，测得不同条件下残余球的个数N，由此获得数值模拟残余量n(％)和实际冲水残余球个数N间的关系，即N＝F(n)。本实施例中，卫生陶瓷国家标准为GB/T6952-1999。

本实施例中，上述冲水过程数值模拟计算的模型“气体-液体-污物替代流体”中的液体为清水，污物替代流体为具有一定密度和粘度的液体。