CN113033115A - 一种坐便器冲洗效能评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种坐便器冲洗效能评价方法，包括如下步骤：建立坐便器设计方案的三维模型；基于三维模型，建立计算流体力学分析模型；求解计算流体力学分析模型；提取评价数据；基于评价数据进行冲洗效能评价。本发明借助仿真分析提供一种冲洗效能评价方法，主要应用于喷射虹吸式坐便器，能够在设计阶段，完成对设计方案的冲洗效能评价，从而减少试模、修模环节，缩减产品的开发周期和成本，具有较好的应用推广价值。

Description

一种坐便器冲洗效能评价方法
技术领域
本发明涉及坐便器仿真设计领域，尤其涉及一种坐便器冲洗效能评价方法。
背景技术
目前，坐便器冲洗结构的开发多是通过试错的方式进行的，冲洗效能的改进依靠一次一次的试模、修模、再试模而完成，因此冲洗效能的好坏存在很大的随意性和偶然性，这就造成开发周期较长、为因素误差大，此外，没有坐便器冲洗结构的数化建模也难于应用现代优化算法实现最优化设计。因此，如何在坐便器设计阶段完成对设计方案的冲洗效能评价，以减少试模、修模环节，成为了亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种坐便器冲洗效能评价方法，能够减少试模、修模环节，缩减产品的开发周期和成本。
本发明是通过以下技术方案予以实现：
一种坐便器冲洗效能评价方法，其特征在于，包括如下步骤：a.建立坐便器设计方案的三维模型；b.基于所述三维模型，建立计算流体力学分析模型；c.求解所述计算流体力学分析模型；d.提取评价数据；e.基于所述评价数据进行冲洗效能评价。
根据上述技术方案，优选地，步骤d中所述评价数据包括流场物理量关于冲洗时间变化的曲线。
根据上述技术方案，优选地，所述流场物理量包括水道出口流量、水道出口水的动能、喷射口流量以及管道截面压力。
根据上述技术方案，优选地，步骤e包括：基于所述流场物理量关于冲洗时间变化的曲线，通过流场物理量关于冲洗时间变化的理想曲线，进行冲洗效能评价。
根据上述技术方案，优选地，所述冲洗效能评价包括建立以提取所述评价数据为函数的冲洗效能评价指标。
根据上述技术方案，优选地，所述冲洗效能评价指标的计算公式为：
Figure BDA0002962495280000021
其中，Fi和Gi分别为通过数据提取获得的第i个流场物理量关于冲洗时间变化的曲线和相对应的流场物理量关于冲洗时间变化的理想曲线，δ(Fi,Gi)为Fi和Gi之间的相似度，μi为第i个流场物理量总的冲洗效能影响的权重。
本发明的有益效果是：
本发明借助仿真分析提供一种冲洗效能评价方法，主要应用于喷射虹吸式坐便器，能够在设计阶段，完成对设计方案的冲洗效能评价，从而减少试模、修模环节，缩减产品的开发周期和成本，具有较好的应用推广价值。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
图2是喷射虹吸式坐便器设计方案的三维模型。
图3是喷射虹吸式坐便器设计方案的内流道模型。
图4是喷射虹吸式坐便器设计方案的计算流体力学分析模型。
图5是水道出口流量数据关于冲洗时间变化的曲线。
图6是水道出口流量数据关于冲洗时间变化的理想曲线。
图7是水道出口水的动能数据关于冲洗时间变化的曲线。
图8是水道出口水的动能数据关于冲洗时间变化的理想曲线。
图9是喷射口流量数据关于冲洗时间变化的曲线。
图10是喷射口流量数据关于冲洗时间变化的理想曲线。
图11是管道压力监测截面压力数据关于冲洗时间变化的曲线。
图12是管道压力监测截面压力数据关于冲洗时间变化的理想曲线。
图中：1、喷射虹吸式坐便器；2、喷射虹吸式坐便器的内流道；3、计算流体力学分析模型；4、水道出口；5、喷射口；6、管道压力监测截面。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图所示，本发明包括如下步骤：
步骤1：根据喷射虹吸式坐便器1设计方案建立坐便器三维模型；
步骤2：抽取喷射虹吸式坐便器的内流道模型2，进行网格划分，边界条件、初始条件设置获得计算流体力学分析模型3。
步骤3：把计算流体力学分析模型导入到计算流体力学求解器中进行求解，本例中选用的是计算流体力学分析软件OpenFOAM进行求解。
步骤4：通过后处理从计算生成的数据文件中提取数据，获得水道出口4流量曲线、水道出口水的动能曲线、喷射口5流量曲线、管道压力监测截面6平均压力曲线。
其中，图6、图8、图10、图12为水道出口流量、水道出口水的动能、喷射口流量、管道压力监测截面平均压力的相对应的理想曲线。
此外，提取评价数据还可以包括其它通过流场计算获得的物理量，比如不同位置的流速、压力、流量、剪切力、湍流强度等。
步骤5：通过提取的数据进行冲洗效能评价。冲洗效能评价是通过冲洗效能评价指标来进行定量评价的，冲洗效能评价指标的计算公式如下：
Figure BDA0002962495280000031
其中，Fi和Gi分别为通过数据提取获得的第i个流场物理量关于冲洗时间变化的曲线和相对应的流场物理量关于冲洗时间变化的理想曲线；δ(Fi,Gi)为Fi和Gi之间的相似度。μi为第i个流场物理量总的冲洗效能影响的权重系数，权重系数的数值根据产品类型按照经验给出。
设水道出口流量、水道出口水的动能、喷射口流量、管道压力监测截面平均压力分别为第1、2、3、4个流场物理量。
如果4种流场物理量都作为评价数据则：
Figure BDA0002962495280000041
如果只考虑3种流场物理量作为评价数据则下面4种计算方法：
冲洗效能评价指标＝μ1·δ(F1,G1)+μ2·δ(F2,G2)+μ3·δ(F3,G3)
冲洗效能评价指标＝μ1·δ(F1,G1)+μ2·δ(F2,G2)+μ4·δ(F4,G4)
冲洗效能评价指标＝μ1·δ(F1,G1)+μ3·δ(F3,G3)+μ4·δ(F4,G4)
冲洗效能评价指标＝μ1·δ(F2,G2)+μ3·δ(F3,G3)+μ4·δ(F4,G4)
可以选择1种、2种、甚至是多种流场物理量，具体选用几种流场物理量根据产品的特点来确定，本实施例选用上面4种流场物理量作为评价数据则。
流场物理量曲线的相似度计算可以选用多种相似度计算方法，比如：离散弗雷歇距离(Fréchet distance)、闵可夫斯基距离(Minkowski Distance)、余弦相似度(CosineSimilarity)、皮尔逊相关系数(Pearson Correlation)、豪斯多夫距离(hausdorffdistance)等，本实施例选择的是通过离散弗雷歇距离(Fréchet distance)来定量计算。
首先，把计算获得流场物理量曲线和对应的理想曲线，按照一定的时间间隔进行离散获得离散曲线，本实施例选择的时间间隔为0.01s，总的冲洗过程计算时间为6s，则数据曲线Fi和理想曲线Gi是由600个离散点所组成。使用σ(Fi)和σ(Gi)分别表示两离散点的顺序集合，则有：σ(Fi)＝(u1,...,u600)和σ(Gi)＝(v1,...,v600)。
接下来，我们可以得到如下序列点对L：
(u1,v1),(u2,v2),...,(u600,v600)。
计算离散曲线Fi、Gi离散点之间的序列对之间的长度||L||值，公式如下:
Figure BDA0002962495280000051
其中，d(ui，vi)为点对(ui，vi)之间的距离。
计算离散弗雷歇距离(Fréchet distance)计算公式如下：
δdF(Fi,Gi)＝min||L||
因此，最终冲洗效能评价指标计算公式如下：
Figure BDA0002962495280000052
因为选用的离散弗雷歇距离(Fréchet distance)来计算相似性，因此冲洗效能评价指标计算结果越小说明冲洗效能越好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种坐便器冲洗效能评价方法，其特征在于，包括如下步骤：a.建立坐便器设计方案的三维模型；b.基于所述三维模型，建立计算流体力学分析模型；c.求解所述计算流体力学分析模型；d.提取评价数据；e.基于所述评价数据进行冲洗效能评价。
2.根据权利要求1所述一种坐便器冲洗效能评价方法，其特征在于，步骤d中所述评价数据包括流场物理量关于冲洗时间变化的曲线。
3.根据权利要求2所述一种坐便器冲洗效能评价方法，其特征在于，所述流场物理量包括水道出口流量、水道出口水的动能、喷射口流量以及管道截面压力。
4.根据权利要求2或3所述一种坐便器冲洗效能评价方法，其特征在于，步骤e包括：基于所述流场物理量关于冲洗时间变化的曲线，通过流场物理量关于冲洗时间变化的理想曲线，进行冲洗效能评价。
5.根据权利要求4所述一种坐便器冲洗效能评价方法，其特征在于，所述冲洗效能评价包括建立以提取所述评价数据为函数的冲洗效能评价指标。
6.根据权利要求5所述一种坐便器冲洗效能评价方法，其特征在于，所述冲洗效能评价指标的计算公式为：
Figure FDA0002962495270000011
其中，Fi和Gi分别为通过数据提取获得的第i个流场物理量关于冲洗时间变化的曲线和相对应的流场物理量关于冲洗时间变化的理想曲线，δ(Fi,Gi)为Fi和Gi之间的相似度，μi为第i个流场物理量总的冲洗效能影响的权重。
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