抽水馬桶與流體力學

1.常見抽水馬桶中的流體力學摘要目前在我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷某樗R桶一般包含兩種結(jié)構(gòu)，儲水系統(tǒng)和沖水系統(tǒng)。大部分抽水馬桶的儲水系統(tǒng)沒有太大區(qū)別，根據(jù)其沖水系統(tǒng)的區(qū)別可以把馬桶分為四種，而根據(jù)原理后三種都可以歸類為虹吸式?jīng)_水。1.1案例描述與原理總結(jié)目前在我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷某樗R桶一般包含兩種結(jié)構(gòu)，儲水系統(tǒng)和沖水系統(tǒng)。大部分抽水馬桶的儲水系統(tǒng)沒有太大區(qū)別，一般由進水管、出水管、滲水管、水塞、浮球、放水旋鈕及杠桿組成。其中，組成的水箱可以單獨的看作是一個體系，其作用原理非常簡單，主要是依靠浮球和水塞來控制著充放水的：按開水塞放水的時候浮球下降，出水口開始充水，當水充滿到一定高度之后浮球就可以擋住出水口以阻礙其繼續(xù)充水。除此之外，根據(jù)其沖水系統(tǒng)的區(qū)別可以把馬桶分為四種，即直落式?jīng)_水，一般虹吸式?jīng)_水，噴射虹吸式?jīng)_水和漩渦虹吸式?jīng)_水。而根據(jù)原理后三種都可以歸類為虹吸式?jīng)_水。1.1.1直落式?jīng)_水直落式?jīng)_水基本原理是水箱中大量的水在短時間內(nèi)沖入桶身中，水的勢能轉(zhuǎn)化為水的動能，帶動臟物運動至排水管。其在結(jié)構(gòu)設(shè)計上的特點有三：直沖管i&M圖藍色所示管道比較大.那度小，（1直沖管i&M圖藍色所示管道比較大.那度小，（2） 存水面積較小，即增大單位面積上作用的水的推力（壓強），以提高沖水效率；（3） 下水管道直徑大、孤度小，即減小大體積臟物與管壁摩擦力，以提高沖水效率。上述設(shè)計特點導(dǎo)致的使用時的現(xiàn)象即為沖水速度快，聲音大，沖力大，強排污，用水少，不泄漏?？偨Y(jié)而言，直落式?jīng)_水對于高密度臟物（密度大于或遠大于水）及高黏性易粘壁的臟物，沖落能力十分顯著；但是對于低密度臟物（密度遠小于水或與水接近），在浮力較大無法忽略的情況下，其沖落能力明顯降低，甚至幾乎無沖落此類臟物的能力。

1.1.2虹吸式?jīng)_水虹吸式?jīng)_水的基本原理是利用虹吸現(xiàn)象實現(xiàn)排污。虹吸是利用液面高度差、液體壓強和大氣壓強產(chǎn)生作用力的現(xiàn)象。如圖所示，將液體充滿一根倒U形的管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)后，將開口高的一端置于裝滿液體的容器中，因為h1<h2,，所以根據(jù)帕斯卡定律p=pgh，裝置中左管中的液體壓強小于右方向移動。管的液體壓強，另外，在B點跟C點分別有大氣壓的作用，大氣壓表現(xiàn)為上低下高，但在此處B點與C間高度相對地球的大氣壓計算高度來說，可以忽略兩者間的大氣壓強差值。所以，p1-Pgh1>p2-Pgh2，那么在A左端的壓強就大于A右端的的壓強，在大氣壓和液體壓強的共同作用下，水向AC方向移動。對于虹吸式?jīng)_水馬桶來說，其結(jié)構(gòu)特點為排水管道呈“S”型，以便迅速形成液柱的高度差，從而產(chǎn)生強大的壓力差，使液體從受壓力大的高水位流向壓力小的低水位，并充滿水管產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象，直至液體全部排出沖入空氣中。這樣即可以輕松實現(xiàn)各種臟物尤其是低密度臟物的沖落，達到直落式?jīng)_水所無法達到的效果。而對于池壁的傾斜度和存水面積則沒有太大的要求。虹吸現(xiàn)象形成得越早，虹吸作用產(chǎn)生越迅速，有效水量流失就越少，虹吸作用持續(xù)時間也就越長，排污功能越好，越節(jié)水。對于一般虹吸式?jīng)_水，噴射虹吸式?jīng)_水和漩渦虹吸式?jīng)_水這三種虹吸式?jīng)_水則只是水箱噴水方式和效果的細微區(qū)別，本質(zhì)上都屬于虹吸現(xiàn)象。1.2個人感悟抽水馬桶雖然常見且使用簡單，但其結(jié)構(gòu)精密、原理精巧，巧妙的利用了流體力學的原理，使人類在衛(wèi)生健康領(lǐng)域邁出了一大步。在現(xiàn)代社會，抽水馬桶的價值已不再是僅僅用于排污這么簡單，人們在功能的設(shè)計上越來越多的考慮到抽水馬桶的高效性、節(jié)能性、體驗感以及工作娛樂等附加屬性，抽水馬桶跟隨時代的發(fā)展在不斷進步，日前也曾在某文章上目睹過使用空氣作為流體媒介以代替水進行排污的新型馬桶。不管這種“抽氣”馬桶能否發(fā)展普及，或是抽水馬桶是否會被淘汰，利用機械能運行的馬桶花樣再多，終究離不開流體這個媒介，以及流體力學的原理。參考文獻：劉福