[发明专利]一种基于CFD的智能节水型浴缸及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于CFD的智能节水型浴缸及其设计方法，属于节能技术领域。

背景技术

目前绝大多数浴缸多采用手动混水阀来调节水温和流量，但是通过手动混水阀来调节水温和流量并不稳定，而且很难调节到合适的温度，当热水温度不断下降或者水压发生变化时，要保持水温只能不断调节混合水阀的比例，非常麻烦和不便，难以实现恒温的目的。

另外，目前绝大多数浴缸在设计时没有考虑到供水位置对水温分布的影响，经过一段时间的洗浴后，浴缸内不同的位置会产生温度差，造成冷热不均匀，洗浴舒适性差的问题。

再者，洗浴前通常会加入较高温度的热水，而温度越高，热量散发的速率越快，造成热量的浪费。洗浴过程当中水温不断下降，如果要保持温度就需要经常打开阀门补充热水，需要经常起身操作阀门，特别是在寒冷的天气，不但降低了洗浴的舒适性，而且增加了烫伤、滑倒等危险。

除此之外，在洗浴前添加热水耗时较长，且需要手动调整混水阀来控制浴缸中的水温，需要用户持续干预，调整到合适的水量、水温才能开始洗浴。

有鉴于此，设计一种基于CFD的智能节水型浴缸及其设计方法，解决现有技术中存在水、热消耗大，利用率低等问题，同时能提高洗浴舒适度并节约水热资源。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种基于CFD的智能节水型浴缸及其设计方法。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种基于CFD的智能节水型浴缸，包括浴缸主体，还设有控温控水装置，所述控温控水装置包括冷水管道、热水管道、第一流量温度传感器、第二流量温度传感器、第一电动阀、第二电动阀、三通接头、出水管道、控制器和至少两个温度传感器，

所述三通接头的第一端口与冷水管道连接，所述三通接头的第二端口与热水管道连接，所述三通接头的第三端口与出水管道连接，

所述第一流量温度传感器、第一电动阀均设于所述冷水管道内，

所述第二流量温度传感器、第二电动阀均设于所述热水管道内，

所述第一流量温度传感器、第一电动阀、第二流量温度传感器、第二电动阀和温度传感器均与所述控制器连接。

优选地，所述浴缸主体横向截面的上底长度为1.89m，下底长度为0.83m，高度为0.53m，宽度为0.7m，所述浴缸主体的两端呈球面结构，所述球面结构的半径为0.53m。

优选地，所述出水管道出水口的位置设于所述浴缸主体底部的中间，所述出水管道的给水速度为0.45m/s，给水流量为13.25L/min，所述给水温度为323K。

优选地，所述控制器还设有与外部通信用的无线通信接口，所述控制器通过无线通信接口与外部终端设备连接。

优选地，所述温度传感器的数量为3个。

本发明还提供了一种基于CFD的智能节水型浴缸设计方法，包括如下步骤：

（1）、获得预设浴缸几何形状及材料的数值；

（2）、然后对所述预设浴缸在不同给水速度、给水温度和给水位置下进行正交模拟，通过对比其对预设浴缸内温度场的影响，得到最优的给水速度、最优的给水温度和最优的给水位置；

（3）、通过上述的任意一项控温控水装置对浴缸进行注水。

优选地，步骤（2）中，所述最优的出水位置包括选取多种出水位置进行模拟比较，取水温分布最均匀的位置作为最优的出水位置。

优选地，所述步骤（2）之后还包括如下步骤：在最优的给水位置、给水速度和给水温度下，对浴缸的大小和形状分别进行模拟实验，得到最优的浴缸大小和形状。

进一步技术方案中，对浴缸的形状进行模拟实验为对不同浴缸截面弧度对温度场分布的影响，得到弧度与温度分布的关系。

优选地，所述步骤（2）中使用人体表面平均温度、流体场内平均温度来表征给水速度、给水位置和给水温度的改变对温度场的影响，所述人体表面平均温度采集位置包括人背靠浴缸的斜面和3/5的浴缸底面长度。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明基于计算流体力学（CFD）理论，采用Navier-Stokes方程对质量、动量及能量传递等物理过程进行数学表达，考虑环境热交换的条件下对浴缸注水动态过程进行数值模拟，先后改变给水位置、给水速率和给水温度进行正交实验，对水温曲线进行比较分析，最终得到基于CFD的智能节水型浴缸，解决了现有技术中水、热消耗大，利用率低等问题，同时缺乏温度控制等缺陷，提升了洗浴舒适度并节约了水热资源。

附图说明