[发明专利]尿液-粪便-冲洗水原位分离处理系统的设计方法

权利要求书

1.一种尿液-粪便-冲洗水原位分离处理系统的设计方法，其包括以下步骤：

尿液分离结构设计，该尿液分离结构设计包括马桶的开孔位置设计、所述开孔的大小及数量设计、尿液输送管设计；所述开孔的大小及数量设计为：先拟定流量Q，其中，n指所述开孔的个数，A₂指单个开孔的大小，A₁指筛板面积，P₁、P₂分别指尿液通过所述开孔前后的压强，ρ指尿液密度，β指粘度系数，C_d指流量系数，μ指运动粘度，d指所述开孔的直径，v指尿液平均流速；利用流量Q反推粘度系数β值，从而确定所述开孔的大小及数量；所述开孔位置设计包括以下步骤：

确定尿液入射角度α、发射点位于马桶排水口正上方的距离Oy、尿液初速度v；

将尿液运动轨迹抛物线正交分解，分解为水平匀速运动和垂直自由落体运动；

根据发射点位于马桶排水口正上方的距离Oy，通过公式计算得出尿液从出发点落到马桶内壁的时间t；以及

根据入射角度α和尿液初速度v，通过v_x＝cos v，得到水平匀速运动的速度v_x＝v₀；通过公式Ox＝v₀t，得到所述开孔位置距马桶排水口外侧的水平距离；以及

冲洗水收集结构设计，该冲洗水收集结构设计包括冲洗水收集管路的构建和阀门时间控制的计算。

2.如权利要求1所述的尿液-粪便-冲洗水原位分离处理系统的设计方法，其特征在于，所述尿液初速度v为0.28m/s至0.52m/s，男性的入射角度α为30°，女性的入射角度α为45°，发射点位于马桶排水口正上方的距离Oy为180mm至220mm，所述开孔位置距马桶排水口外侧的水平距离为3.6cm至8.1cm。

3.如权利要求1所述的尿液-粪便-冲洗水原位分离处理系统的设计方法，其特征在于，所述开孔的大小和流速的关系，依据公式(S指所述开孔的总面积，v₁指尿液通过所述开孔前的速度)静压强忽略不计，设计最大流量为0.1L/s，孔总面积S＝nA₂，尿液密度ρ取1.08，开孔总面积为18.44cm²以上或者37.67cm²以上。

4.如权利要求1所述的尿液-粪便-冲洗水原位分离处理系统的设计方法，其特征在于，所述开孔的数量为20个至30个。

5.如权利要求1所述的尿液-粪便-冲洗水原位分离处理系统的设计方法，其特征在于，所述尿液输送管设计选用直排式C型管道，所述直排式C型管道的管道倾斜角5°-8°，管道夹角30°-60°，尿液输送管高250mm-350mm，冲洗水排放后水封液位高度100mm-150mm。

6.如权利要求1所述的尿液-粪便-冲洗水原位分离处理系统的设计方法，其特征在于，进一步包括一模拟步骤和一验证步骤，所述模拟步骤在所述冲洗水收集结构设计之后进行，所述验证步骤在所述模拟步骤之后进行，并且所述验证步骤包括冲水实验和尿液分离效果实验。

7.如权利要求6所述的尿液-粪便-冲洗水原位分离处理系统的设计方法，其特征在于，所述模拟步骤为用喷水器模拟排尿，并对冲洗水收集管路进行冲刷模拟，验证冲洗水收集性能。

8.如权利要求7所述的尿液-粪便-冲洗水原位分离处理系统的设计方法，其特征在于，用喷水器模拟排尿，尿液初始流速范围为0.28～0.52m/s，尿液撞击表面的速度为3m/s，射流时间为20s，发射点位于马桶排水口正上方205mm，入射角度为30°/45°，设计最大流量Q_max＝0.1L/s；采用Solidworks重建马桶内壁模型；采用Solidworks Flow Simulation对冲洗水分布拟合，验证冲洗效果。