我國(guó)是水資源短缺的 ，人均水資源僅占世界平均水平的四分之一。隨著人口增長(zhǎng)、生活水平和城市化率的提高，人們對(duì)生活用水量急劇增加。其中，衛(wèi)生潔具用水占生活用水的40%，因此，、推廣和使用節(jié)水型坐便器是解決水資源缺乏的一種 途徑。
目前，我國(guó)尚未像發(fā)達(dá) 一樣強(qiáng)制執(zhí)行6升標(biāo)準(zhǔn)的坐便器沖水量，主要原因是我國(guó)陶瓷行業(yè)包括坐便器在內(nèi)的大多數(shù)衛(wèi)生潔具產(chǎn)品的、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程，基本上還是采用傳統(tǒng)的手工制作模式，新產(chǎn)品的 依賴(lài)于制作人員的手工技巧和經(jīng)驗(yàn)，難以出、節(jié)水型的坐便器。
隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，蓬勃發(fā)展的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)為 坐便器沖水過(guò)程、節(jié)水型坐便器產(chǎn)品開(kāi)辟了新的途徑。應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)，可以方便、直觀地了解坐便器沖水過(guò)程中的流場(chǎng)(速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)等)的分布情況，分析不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、不同沖水量對(duì)坐便器的沖刷和排污性能的影響，為和設(shè)計(jì)、節(jié)水型坐便器產(chǎn)品提供依據(jù)，縮短產(chǎn)品周期，降低成本。因此，坐便器沖水過(guò)程數(shù)值模擬是改變坐便器產(chǎn)品落后現(xiàn)狀的關(guān)鍵，越來(lái)越 人們的重視。
按照排污方式不同，坐便器一般分為沖落式和虹吸式兩種。沖落式是由水向下的沖擊力將污物沖出便器，而虹吸式是水在便器中形成虹吸，靠虹吸產(chǎn)生的抽力將污物排出便器。本文以沖落式坐便器為 對(duì)象，建立采用CFD軟件進(jìn)行沖落式坐便器沖水過(guò)程數(shù)值模擬的方法。同時(shí)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)量， 沖落式坐便器的沖水過(guò)程，并對(duì)試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，以驗(yàn)證數(shù)值模擬與實(shí)際的吻合程度。主要 內(nèi)容包括：
(1)通過(guò)分析沖落式坐便器沖水過(guò)程的特點(diǎn)，確定其物理模型為帶自由表面的三維非穩(wěn)態(tài)多相藕合流，其中多相包括空氣相、水相和固體污物相，考慮到流固藕合問(wèn)題的復(fù)雜性，本文提出了用不同粘度的流體等效代替固體污物，從而將坐便器沖水過(guò)程的多相藕合流動(dòng)問(wèn)題簡(jiǎn)化為氣一液多相流問(wèn)題。
(2)采用商用CFD軟件FLUENT中的多相流模型—VOF，建立了數(shù)值模擬沖落式坐便器帶自由表面的氣一液多相流的方法。 先，數(shù)值模擬了沖落式坐便器清水流動(dòng)過(guò)程，即水箱水和水封水都是清水時(shí)的流動(dòng)，該流動(dòng)屬于氣一液兩相流問(wèn)題?？疾炝藙?dòng)壓場(chǎng)、速度場(chǎng)、水包壁面流場(chǎng)沖刷范圍以及水箱沖水量等對(duì)沖落式坐便器沖刷和排污性能的影響；然后，在氣一液兩相流的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變水封水的粘度，數(shù)值模擬了清水沖等效污物的流動(dòng)過(guò)程，該流動(dòng)屬于氣一液一液三相流問(wèn)題。分析了不同等效污物粘度對(duì)沖落式坐便器排污性能的影響。
(3)根據(jù)靶式流量計(jì)的工作原理，自行設(shè)計(jì)了用于測(cè)量水包壁面流速的應(yīng)變片靶式流速計(jì)，對(duì)坐便器水包流速進(jìn)行測(cè)量，并將靶式流速計(jì)測(cè)量的速度曲線與數(shù)值模擬 的速度曲線進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了清水流動(dòng)數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。
(4)利用酸堿中和滴定法，測(cè)量溶解于水封水和等效污物中堿的濃度，以計(jì)算沖水后水封水和等效污物的殘余量， 了不同沖水量、不同等效污物粘度對(duì)沖落式坐便器排污性能的影響，并與數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。
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