今天被舍友赶回家才有时间写写。。。(因为天热说多我多份热量
ORZ。。。)
流体力学在生活中有很多应用,如汽车的流线型设计、管道的控水阀设计、球类运动的旋转技巧。。。与我们最息息相关要数马桶的冲水原理了。早在17世纪的英国就有了近似现在的马桶,可见如今的马桶已有了几百年的历史了。里面一定蕴含着深奥的玄机。
就抽水马桶来说,按其冲BIANBIAN的原理可分为两种:冲落式和虹吸式。冲落式,顾名思义就不解释了。(年轻人要有想象力。。。)这里主要说说虹吸式原理。
简要的说就是,当水充满马桶底时,随着水箱中的水注入,s型管道的另一端会高过弯曲的部位。此时部分水就呼呼流掉,不过这一乃乃水是不足以产生很大的冲力的,要等到水面继续上升到弯曲处的最高点,这样就会产生一种名为虹吸效应的诡异效应!!!突然部分水和BIANBIAN一起就不见了,留下的是汪汪清水。
(自己都看不懂上面的描述。。。不过没关系还有图)
下面从流体力学上进行进一步分析:
整个冲水的过程可分为四个阶段:
1.水面未达到S型弯管出口的最低高度时
此阶段只进水,水面高度上升。设其流量为Q1,可由水箱的水高算出其大小。
2.水面高过最低,没达到最高。
此时有部分流出流量Q2,但其较小并且为高度h的函数。所产生的力不足以将
bianbian抽走,不过把液体稀释还是可以的,像小便的冲洗可以减小水箱的注
水流量来保持这个状态。
3.水面上升至弯曲处最高点时后
这就满足了虹吸的条件,此时向外的流量不在是以前的Q2,而是与管底有关的
量Q3
这个流量和出口端的截面积有关,数值上是远大于Q2的。这就会产生强大
的力,把bianbian抽走。
4.水面下降形成液封,这个时候就不再虹吸了。
欲准确地算出每个过程中的流量和流速还需进一步利用流体力学原理建立数学模型,这样就可以对冲水时的虹吸压力进行精确的计算,并且还能算得用水量等结果。因并非专业人士就不讨论了。(其数学模型可以参考《马桶冲洗过程的流体力学模型》)
现在的马桶为了追求干净、省水。向低水量和大吸力方面做了很多改进,如旋涡式虹吸马桶,就是在水箱出水时有一定角度产生漩涡,使水面抬高更早地达到虹吸的高度。(想来。。。这马桶可能会用上核技术。。。)
马桶的技术在流体力学的理论支持下便得日益发达,在此展望一下未来的马桶,对流体力学马桶应用的研究者致敬!!
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