智能马桶用自吸气脉冲喷头优化设计及试验研究

发布时间：2020-04-18 10:49

【摘要】：随着生活水平的提高,智能马桶越来越受到消费者的青睐。清洗喷头是智能马桶的核心部件,对智能马桶性能的优劣起着决定性作用。自吸气脉冲喷头作为目前清洗喷头中的最新产品,具有结构简单、清洗面积大及清洗舒适性佳等优点。然而自吸气脉冲喷头性能受结构参数影响较大,加之国内研究人员对智能马桶用自吸气脉冲喷头的研究较少且国外技术保密等原因,使得国内企业生产制造的智能马桶用自吸气脉冲喷头存在脉冲不稳定、打击力较小、清洗舒适性不佳及缺乏性能试验测试装置等亟需解决的问题。本文以根据工程需求设计的一款自吸气脉冲喷头为研究对象,设计并搭建自吸气脉冲喷头多功能性能测试装置,采用试验测试和数值计算相结合的方法,深入细致地研究了自吸气脉冲喷头结构参数对喷头性能的影响,基于响应面法对自吸气脉冲喷头进行了优化,并对优化前后喷头的性能进行了对比。本文主要工作和研究成果如下:1.概述了目前自吸气脉冲喷头的研究现状,系统地总结了自激脉冲喷头的相关研究及优化方法。2.设计并搭建了自吸气脉冲喷头多功能性能测试装置,开发了清洁率分析软件,实现了自吸气脉冲喷头射流流动特征、打击力和清洁率的测试与分析。并对模型喷头进行了性能测试,测试结果表明:(1)模型喷头能够产生追赶流,但无明显的周期性。(2)与设计要求相比,模型喷头打击力小于0.1N,脉冲频率大于90Hz,清洁率在40s时低于90%,均未达到设计要求。3.通过CFX计算分析了单因素结构参数对喷头内流及压力脉动的影响,结果表明:(1)与无吸气条件相比,吸气条件下喷头出口处的速度提高了41%,且射流速度衰减更慢。(2)喷头结构参数对腔室内气液混合比有着重要的影响,腔室内合适的气液混合比有助于提高射流的速度并使射流流速衰减更慢。(3)随着上喷嘴进口直径的增大,N_3处压力脉动逐渐减小,N_5处压力脉动先增大后减小;随着腔长的增大,N_3、N_5处压力脉动均先增大后减小;随着腔高的增大,N_3、N_5处压力脉动均无明显变化规律。(4)下喷嘴直径对压力脉动、射流压力脉动频率及脉动的稳定性的影响都最大;腔长大小对压力脉动及射流压力脉动时频特性影响较大,但对压力脉动的稳定性影响最小;腔高大小对压力脉动、射流压力脉动时频特性及脉动的稳定性影响都比较小。4.以自吸气脉冲喷头腔长、腔高及下喷嘴进口直径为自变量,击打力F、脉冲频率f、脉动值△F及清洁率S为响应变量,基于响应面法,研究了自吸气脉冲喷头结构参数对喷头性能的耦合影响,结果表明:(1)单一结构参数对喷头打击力、清洁率及脉动值的影响程度从高到低均为:腔长、上喷嘴进口直径、腔高;单一结构参数对喷头打击力脉冲频率的影响程度从高到低为:上喷嘴进口直径、腔长、腔高。(2)综合喷头性能所得的较优值域可得结构参数所取得的最优值范围为:上喷嘴进口直径在1.3~1.4mm之间,腔长在16~17mm之间,腔高在5.3~5.5mm之间。5.选取上喷嘴进口直径为1.4mm,腔长为17mm,腔高为5.5mm作为优化后模型进行加工制造,并进行射流流动特征、打击力及清洁率试验测试。测试结果表明:(1)优化后喷头射流流动特征中出现明显的液珠聚集形态,形成明显的追赶射流。(2)打击力均值为0.13N,较优化前提高42.9%;脉冲离散程度提高28%;脉冲频率在80~90Hz之间;清洁率在40s时达到96%,均达到了设计要求。
【图文】：

技术路线图,技术路线,响应面法

可靠性分析中，以此来提高计算效率。Avalle[79]在车身结构碰撞优化中利面法提高模型计算效率。李红等[80]采用中心复合实验设计与响应面法对行参数进行优化使之性能最优。袁雪等[81]采用四因素三水平响应面分析化喷雾机的施药效果，并获得最佳喷雾参数。Lucas 等[82]利用响应面法建模型对风机转子进行分析，并证明其优势。TauseefAized 等[84]利用响应面动纤维铺放的加工工艺进行优化。Kahhal 等[85]验证了有限元法没有响应有优势。3 本文主要研究内容及技术路线本文采用试验测试与数值计算相结合的方法对自吸气脉冲喷头性能进，并运用响应面法建立结构参数与喷头性能的多对一及多对多映射关系，到优化结构参数取值域。本文所采用的技术路线如图 1.1 所示。

自吸,喷头,发生机理,射流

江苏大学硕士学位论文能马桶用自吸气脉冲喷头设计及工程需求设计了一款自吸气脉冲模型喷头，，要设计搭建了自吸气脉冲喷头多功能性能测征、打击力及清洁率试验测试，并对试验结喷头的设计理论喷头射流的发生机理气脉冲喷头射流发生机理的工作原理图。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS914.254

【参考文献】