淋浴用花洒的内部流场分析及关键技术研究

论文摘要

花洒是卫浴设备中重要的配件之一。市场上花洒的种类繁多,所以对品质的要求也越来越高。大多数卫浴企业仍然是基于经验来设计花洒,很少从花洒内部流体流动的机理研究入手来设计花洒,而花洒的喷淋效果与内部流体流动是密切相关的。为此本文应用商业软件FLUENT对花洒内部流场进行了数值模拟并且进行部分实验测试。根据对模拟结果和实验测试结果的分析,提出了具体的改进方案。本文的主要工作如下:1、对单功能花洒内部流场进行数值模拟,得到各个出水口水流速度的分布曲线、速度矢量图、压力分布图。通过对模拟结果进行分析,对单功能花洒内腔的分水口进行改进设计,然后对改进后的内部流动进行进一步模拟。模拟结果表明,改进结构后的花洒内腔压力分布和各出水口的速度分布都有明显变化,达到了改进的效果。2、根据两相流理论对空气注入式花洒的内部气液流动进行数值模拟,得到不同水流入口速度下的内部流场的相含率分布、各个出水口流量、空气吸入量。通过对模拟的两相参数的分布情况进行分析,对现有的空气注入式花洒提出了改进方案。对改进后结构的流场进行再次数值模拟,模拟结果表明,改进结构后的空气注入式花洒进气口的空气吸入量变大,内腔气液混合效率较好。3、在上述理论及数值模拟分析的基础上,对空气注入式花洒各个出水口流量的大小进行实验测试,实验测量结果和数值模拟结果大致吻合,验证了模拟的可靠性及改进方案的合理性。总之,本文对单功能花洒与空气注入式花洒进行了数值模拟分析和部分实验研究,得到一些有意义的结论,帮助开发者在模型设计阶段,对产品可能出现的缺陷进行有效的预测,可以减少研发周期,更有效合理的投入生产。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 花洒简介
• 1.2 花洒的生产流程
• 1.3 气液两相流的国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 研究的目的和意义
• 1.5 本文研究的主要内容
• 1.6 本章小结
• 第2章 花洒流动过程的相关理论及数值方法
• 2.1 计算流体力学理论
• 2.1.1 流体动力学控制方程
• 2.1.2 CFD的求解过程
• 2.2 湍流的数值模拟方法
• 2.2.1 湍流模型
• 2.2.2 湍流模型的选择
• 2.3 气液两相流模型
• 2.3.1 体积分数（Volume Fractions）
• 2.3.2 守恒方程（Conservation Equations）
• 2.3.3 相间交换系数（Interphase Exchange Coefficients）
• 2.3.4 湍流模型（Turbulence Models）
• 2.3.5 FLUENT中的求解方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 单功能花洒内部流场数值模拟与改进
• 3.1 引言
• 3.2 物理模型
• 3.2.1 几何模型的建立与结构简化
• 3.2.2 出水口位置设定
• 3.3 原型花洒数值模拟与分析
• 3.3.1 原型花洒网格划分
• 3.3.2 求解条件
• 3.3.3 原型花洒计算结果与分析
• 3.4 改进方案数值模拟与分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 空气注入式花洒内部流场数值模拟与改进
• 4.1 物理模型
• 4.1.1 模型结构与工作原理
• 4.1.2 出水口位置设定
• 4.2 空气注入式花洒流动过程模拟分析
• 4.2.1 网格划分
• 4.2.2 求解条件
• 4.2.3 计算结果与分析
• 4.3 改进方案数值模拟与分析
• 4.3.1 第一类改进模型计算结果与分析
• 4.3.2 第二类改进模型计算结果与分析
• 4.3.3 第三类改进模型计算结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 空气注入式花洒出水性能实验研究
• 5.1 实验设备
• 5.2 流量测量
• 5.3 数值模拟与实验数据的比较及讨论
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的学术论文