一种基于CFD的智能节水型浴缸及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于CFD的智能节水型浴缸，包括浴缸主体，还设有控温控水装置，所述控温控水装置包括冷水管道、热水管道、第一流量温度传感器、第二流量温度传感器、第一电动阀、第二电动阀、三通接头、出水管道、控制器和至少两个温度传感器，所述三通接头的第一端口与冷水管道连接，所述三通接头的第二端口与热水管道连接，所述三通接头的第三端口与出水管道连接。本发明专利技术基于计算流体力学理论，先后改变给水位置、给水速率和给水温度进行正交实验，对水温曲线进行比较分析，最终得到基于CFD的智能节水型浴缸，解决了现有技术中水、热消耗大，利用率低等问题，同时缺乏温度控制等缺陷，提升了洗浴舒适度并节约了水热资源。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CFD的智能节水型浴缸及其设计方法
本专利技术涉及一种基于CFD的智能节水型浴缸及其设计方法，属于节能

技术介绍
目前绝大多数浴缸多采用手动混水阀来调节水温和流量，但是通过手动混水阀来调节水温和流量并不稳定，而且很难调节到合适的温度，当热水温度不断下降或者水压发生变化时，要保持水温只能不断调节混合水阀的比例，非常麻烦和不便，难以实现恒温的目的。另外，目前绝大多数浴缸在设计时没有考虑到供水位置对水温分布的影响，经过一段时间的洗浴后，浴缸内不同的位置会产生温度差，造成冷热不均匀，洗浴舒适性差的问题。再者，洗浴前通常会加入较高温度的热水，而温度越高，热量散发的速率越快，造成热量的浪费。洗浴过程当中水温不断下降，如果要保持温度就需要经常打开阀门补充热水，需要经常起身操作阀门，特别是在寒冷的天气，不但降低了洗浴的舒适性，而且增加了烫伤、滑倒等危险。除此之外，在洗浴前添加热水耗时较长，且需要手动调整混水阀来控制浴缸中的水温，需要用户持续干预，调整到合适的水量、水温才能开始洗浴。有鉴于此，设计一种基于CFD的智能节水型浴缸及其设计方法，解决现有技术中存在水、热消耗大，利用率低等问题，同时能提高洗浴舒适度并节约水热资源。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是提供一种基于CFD的智能节水型浴缸及其设计方法。为达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于CFD的智能节水型浴缸，包括浴缸主体，还设有控温控水装置，所述控温控水装置包括冷水管道、热水管道、第一流量温度传感器、第二流量温度传感器、第一电动阀、第二电动阀、三通接头、出水管道、控制器和至少两个温度传感器，所述三通接头的第一端口与冷水管道连接，所述三通接头的第二端口与热水管道连接，所述三通接头的第三端口与出水管道连接，所述第一流量温度传感器、第一电动阀均设于所述冷水管道内，所述第二流量温度传感器、第二电动阀均设于所述热水管道内，所述第一流量温度传感器、第一电动阀、第二流量温度传感器、第二电动阀和温度传感器均与所述控制器连接。优选地，所述浴缸主体横向截面的上底长度为1.89m，下底长度为0.83m，高度为0.53m，宽度为0.7m，所述浴缸主体的两端呈球面结构，所述球面结构的半径为0.53m。优选地，所述出水管道出水口的位置设于所述浴缸主体底部的中间，所述出水管道的给水速度为0.45m/s，给水流量为13.25L/min，所述给水温度为323K。优选地，所述控制器还设有与外部通信用的无线通信接口，所述控制器通过无线通信接口与外部终端设备连接。优选地，所述温度传感器的数量为3个。本专利技术还提供了一种基于CFD的智能节水型浴缸设计方法，包括如下步骤：（1）、获得预设浴缸几何形状及材料的数值；（2）、然后对所述预设浴缸在不同给水速度、给水温度和给水位置下进行正交模拟，通过对比其对预设浴缸内温度场的影响，得到最优的给水速度、最优的给水温度和最优的给水位置；（3）、通过上述的任意一项控温控水装置对浴缸进行注水。优选地，步骤（2）中，所述最优的出水位置包括选取多种出水位置进行模拟比较，取水温分布最均匀的位置作为最优的出水位置。优选地，所述步骤（2）之后还包括如下步骤：在最优的给水位置、给水速度和给水温度下，对浴缸的大小和形状分别进行模拟实验，得到最优的浴缸大小和形状。进一步技术方案中，对浴缸的形状进行模拟实验为对不同浴缸截面弧度对温度场分布的影响，得到弧度与温度分布的关系。优选地，所述步骤（2）中使用人体表面平均温度、流体场内平均温度来表征给水速度、给水位置和给水温度的改变对温度场的影响，所述人体表面平均温度采集位置包括人背靠浴缸的斜面和3/5的浴缸底面长度。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术基于计算流体力学（CFD）理论，采用Navier-Stokes方程对质量、动量及能量传递等物理过程进行数学表达，考虑环境热交换的条件下对浴缸注水动态过程进行数值模拟，先后改变给水位置、给水速率和给水温度进行正交实验，对水温曲线进行比较分析，最终得到基于CFD的智能节水型浴缸，解决了现有技术中水、热消耗大，利用率低等问题，同时缺乏温度控制等缺陷，提升了洗浴舒适度并节约了水热资源。附图说明图1是本专利技术实施例一中预设浴缸的运行示意图。图2是本专利技术实施例一中预设浴缸形状参数图。图3是本专利技术实施例一中水的密度-温度特性和水的粘度-温度特性图。图4是本专利技术实施例一中预设浴缸的网格划分图。图5是本专利技术实施例一中边界层内流体的速度分布。图6是本专利技术实施例一中坐标采样示意图。图7是本专利技术实施例一中流场平均温度随时间变化趋势图。图8是本专利技术实施例一中实验1、5、9、13中流场平均温度图。图9是本专利技术实施例一中实验1、5、9、13人体表面平均温度图。图10是本专利技术实施例一中实验5、6、7、8中流场平均温度图。图11是本专利技术实施例一中给水速度定量分析中体表平均温度图。图12是本专利技术实施例一中给水温度定量分析中体表平均温度图。图13是本专利技术实施例一中浴缸大小影响实验5、6、7、8中流场平均温度图。图14是本专利技术实施例一中浴缸形状影响实验5、6、7、8中流场平均温度图。图15是本专利技术实施例一中优选地浴缸主体横向截面结构示意图。图16是本专利技术实施例一中不同给水位置下6个时刻的混合流体场温度分布图。图17是本专利技术实施例一中不同给水速度下6个时刻的混合流体场温度分布图。图18是本专利技术实施例一中不同给水温度下6个时刻的混合流体场温度分布图。图19是本专利技术实施例一中不同浴缸大小下6个时刻的混合流体场温度分布图。图20是本专利技术实施例一中不同浴缸形状下6个时刻的混合流体场温度分布图。图21是本专利技术实施例一中浴缸的结构示意图。图22本专利技术实施例一中优选地浴缸主体纵向截面结构示意图。其中：1、冷水管道；2、热水管道；3、第一流量温度传感器；4、第二流量温度传感器；5、第一电动阀；6、第二电动阀；7、三通接头；8、出水管道；9、温度传感器；10、出水口；11、控制器；12、浴缸主体；13、上底；14、下底；15、球面结构。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：实施例一：参见图21所示，一种基于CFD的智能节水型浴缸，包括浴缸主体12，还设有控温控水装置，所述控温控水装置包括冷水管道1、热水管道2、第一流量温度传感器3、第二流量温度传感器4、第一电动阀5、第二电动阀6、三通接头7、出水管道8、控制器11和多个温度传感器9，所述三通接头7的第一端口与冷水管道1连接，所述三通接头7的第二端口与热水管道2连接，所述三通接头的第三端口与出水管道8连接，所述第一流量温度传感器3、第一电动阀5均设于所述冷水管道1内，所述第二流量温度传感器4、第二电动阀6均设于所述热水管道2内，所述第一流量温度传感器3、第一电动阀5、第二流量温度传感器4、第二电动阀6和多个温度传感器9均与所述控制器11连接。本实施例中，沿水流方向，所述第一流量温度传感器3设于第一电动阀5的之前，所述第二流量温度传感器4设于第二电动阀6的之前本实施例中，所述控制器11还设有与外部通信用的无线通信接口，所述控制器通过无线通信接口与外部终端设备连接。本实施例中，所述出水管道出水口的位置设于所述浴缸主体底部的中间，所述出水管道的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于CFD的智能节水型浴缸，包括浴缸主体，其特征在于：还设有控温控水装置，所述控温控水装置包括冷水管道、热水管道、第一流量温度传感器、第二流量温度传感器、第一电动阀、第二电动阀、三通接头、出水管道、控制器和至少两个温度传感器，所述三通接头的第一端口与冷水管道连接，所述三通接头的第二端口与热水管道连接，所述三通接头的第三端口与出水管道连接，所述第一流量温度传感器、第一电动阀均设于所述冷水管道内，所述第二流量温度传感器、第二电动阀均设于所述热水管道内，所述第一流量温度传感器、第一电动阀、第二流量温度传感器、第二电动阀和温度传感器均与所述控制器连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于CFD的智能节水型浴缸，包括浴缸主体，其特征在于：还设有控温控水装置，所述控温控水装置包括冷水管道、热水管道、第一流量温度传感器、第二流量温度传感器、第一电动阀、第二电动阀、三通接头、出水管道、控制器和至少两个温度传感器，所述三通接头的第一端口与冷水管道连接，所述三通接头的第二端口与热水管道连接，所述三通接头的第三端口与出水管道连接，所述第一流量温度传感器、第一电动阀均设于所述冷水管道内，所述第二流量温度传感器、第二电动阀均设于所述热水管道内，所述第一流量温度传感器、第一电动阀、第二流量温度传感器、第二电动阀和温度传感器均与所述控制器连接。2.根据权利要求1所述的基于CFD的智能节水型浴缸，其特征在于：所述浴缸主体横向截面的上底长度为1.89m，下底长度为0.83m，高度为0.53m，宽度为0.7m，所述浴缸主体的两端呈球面结构，所述球面结构的半径为0.53m。3.根据权利要求1所述的基于CFD的智能节水型浴缸，其特征在于：所述出水管道出水口的位置设于所述浴缸主体底部的中间，所述出水管道的给水速度为0.45m/s，给水流量为13.25L/min，所述给水温度为323K。4.根据权利要求1所述的基于CFD的智能节水型浴缸，其特征在于：所述控制器还设有与外部通信用的无线通信接口，所述控制器通过无线通信接口与外部终端设备连接。5.根据权利要求1所述的基于CFD的智能节水型...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵阳，高奕，肖杰，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32