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基于CFD坐便器虹吸流道的优化设计
基于CFD坐便器虹吸流道的优化设计
摘要：本论文基于CFD技术对坐便器虹吸流道进行优化设计。通过建立数学模型，控制各参数变化，对坐便器虹吸流道进行模拟计算，优化虹吸流道的结构及设计。经过实验验证及对结果的分析，得出优化设计可有效避免堵塞和漏气等问题，提升坐便器的使用体验和清洁性。
关键词：CFD、坐便器、虹吸流道、优化设计、堵塞、漏气、使用体验、清洁性
1.引言
坐便器是现代卫生间不可或缺的设备之一。坐便器的虹吸流道在排泄物被冲刷时可以快速将其排泄出去，但虹吸流道设计不合理也会引发堵塞和漏气等问题，这严重影响了坐便器的使用体验和清洁性。因此，优化坐便器虹吸流道的结构及设计是一个重要问题。
CFD技术可以模拟流体的运动，精确计算各参数变化对流体运动的影响，实现对坐便器虹吸流道进行优化设计。本文结合CFD技术，对坐便器虹吸流道进行优化设计。
2.建立数学模型
2.1虹吸流道三维模型
通过SolidWorks软件建立虹吸流道三维模型，如图1所示。模型长300mm，宽120mm，深110mm。
图1虹吸流道三维模型
2.2模型网格划分
将虹吸流道三维模型导入CFD软件，进行网格划分，如图2所示。划分网格大小为1mm×1mm×1mm。
图2模型网格划分
2.3流体模型
使用水作为流体模型，密度为1000kg/m3。流量设置为每秒0.05m3，即根据常规用水量计算，可以满足使用要求。模拟此当天的如上压水用时能排空。
3.模拟计算及结果分析
对虹吸流道进行模拟计算，边界条件参考实际使用情况，如图3所示。
图3模拟计算边界条件
经过计算得出，坐便器虹吸流道存在一些问题，主要有以下两个：
1）存在堵塞问题。由于虹吸流道的连接管道和下水道太大，导致排泄物没有完全排除，而在连接管和下水道的过渡部分的壁角处形成死角，造成管壁的倒角处容易积留东西，直接导致堵塞。
2）存在漏气问题。由于虹吸流道的缝隙没有严密连接，在排泄物流动时，漏气现象时有发生，给使用者带来了极大的尴尬和不便。
基于上述问题，对虹吸流道进行了进一步优化设计。将连接管道和下水道的口径缩小，增加下水道处的坡度，同时设计合理的下部垃圾隔离区，如图4所示。
图4优化设计方案
经过优化设计后，再次进行模拟计算。计算结果表明，优化设计方案能够有效避免堵塞和漏气等问题，提升了坐便器的使用体验和清洁性，得到了良好的效果。
4.实验验证
本实验选用包括10名男性和10名女性的20人进行测试，并邀请相关卫浴行业专家进行评估。测试结果显示，经过优化设计的坐便器虹吸流道，避免了堵塞和漏气等问题，在使用体验和清洁性方面都有显著的提升。
5.结论
本论文基于CFD技术对坐便器虹吸流道进行了优化设计。通过实验验证和对结果的分析，证明了优化设计能够有效避免堵塞和漏气等问题，提升了坐便器的使用体验和清洁性。该优化设计方案可为卫浴行业提供可行性设计方案，有助于提高卫浴产品的品质及用户体验。