一种水箱及其通风面积的设计方法和存储介质及电子设备技术

本发明专利技术属于排水装置技术领域，公开了一种水箱、水箱通风面积的设计方法、以及存储介质和电子设备，所述水箱的顶部开设有面积实时可调的通气缝，所述水箱的底部开设有出水孔；本发明专利技术通过建立水箱排水过程中是否产生气泡的判断模型，再在此基础上建立排水过程中满足不产生气泡条件的出水孔与通气缝大小的关系，得出通气缝大小的合理设计范围，再根据水箱通气缝的实际需要选择合理的通气缝大小，从而可以令所设计的通气缝大小既能保证排水效率，又能尽最大可能避免水箱内环境被外界污染，由此达到了两者之间的合理平衡，为现有的水箱设计提供了一个全新的思路，其进步意义不言而喻。其进步意义不言而喻。其进步意义不言而喻。

【技术实现步骤摘要】
一种水箱及其通风面积的设计方法和存储介质及电子设备


[0001]本专利技术属于排水装置
，具体涉及一种水箱及其通风面积的设计方法和存储介质及电子设备。

技术介绍

[0002]水箱是一种生活和工业上常见的蓄水设备，其排水效率往往是决定其品质好坏的重要指标，水箱的排水位置一般设置于底部，当打开其底部排水口时，如果水箱上方通风不畅，那么其底部排水口受外界大气压影响在排水的同时会向上进气，产生气泡，进入位于水面上方的空气腔从而维持水箱内外气压平衡。在产生气泡的过程中水箱的排水速度会明显降低，而如果水箱的顶部设置有通气缝则可以降低底部排水孔的进气量，从而相应的提高排水速度。如图3所示为水箱在三种不同通风条件下的排水速度，但是受限于蓄水箱需要保证内部环境的洁净，因此其顶部所开设的通气孔要越小越好，从而尽可能避免对水箱内环境造成污染。而现有技术中的水箱在进行通气缝设计时难以达到两者之间的平衡，要么顶部通气缝过大导致水箱内部容易被污染，要么通气缝过小或者没有导致水箱排水效率低，因此亟待一种水箱通气缝的设计方法来实现通气缝面积大小和排水效率之间的平衡。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种水箱及其通风面积的设计方法和存储介质及电子设备，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种水箱，所述水箱的顶部开设有面积实时可调的通气缝，所述水箱的底部开设有出水孔。
[0005]水箱的通风面积的设计方法包括如下步骤：
[0006]S1.建立排水过程中是否出现气泡的判断模型；
[0007]S2.建立排水过程中满足不产生气泡条件的出水孔和通气缝大小关系；
[0008]S3.计算得到排水过程中无气泡产生所需要设计的最小通气缝面积，并且调节所述水箱通气缝面积实施排水。
[0009]优选的，所述S1中需要根据水箱底部出水孔的受力平衡，从而得到气泡能够从底部出水孔进入到水箱中的临界条件，其临界表达式为：
[0010]其中P1为水箱顶部区域空气压强(相对压强)，Pa；P
s
为孔口处受到的表面张力附加压强，Pa，可根据实际水箱出水孔尺寸确定大小；P
atm
为相对大气压强，Pa；ρ
w
为水的密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2。
[0011]优选的，所述S2中根据水箱排空过程中质量守恒和能量守恒得出水面顶部气压随水深的变化关系，结合气泡从底部出水孔进入到水箱中的临界条件，得到不产生气泡的条件表达式：
[0012][0013]ζ0为底部出水孔的局部水头损失系数，无量纲；z1和z2为水面和出水孔的位置水头，m；v1和v2为水面和出水孔处液面的平均流动速度，m/s；ρ
a
为空气的密度，kg/m3；k0为通气缝的局部水头损失系数，无量纲；h为水箱内水的深度，ε
s
为通气缝的收缩系数，无量纲；A0为水箱底部出水孔面积，A
s
为顶部通气缝的面积。
[0014]优选的，所述存储介质中储存有计算机程序，所述计算机程序包括有控制执行过程顺序和程序代码，所述执行过程包括权利要求2所述的一种不充分通风条件下的水箱的通风面积的设计方法。
[0015]优选的，所述储存器中存储有如权利要求5所述的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序，所述显示模块用于输出计算结果。
[0016]本专利技术的有益效果如下：
[0017]1、本专利技术通过建立排水过程中是否产生气泡的判断模型，再在此基础上建立排水过程中满足不产生气泡条件的出水孔与通气缝大小的关系，从而最终得出通气缝的合理设计范围，再根据水箱通气缝的实际需要选择合理的通气缝大小，从而可以令所设计的通气缝大小既能保证排水效率，又能尽最大可能避免水箱内环境被外界污染，由此达到了两者之间的合理平衡，为现有的水箱设计提供了一个全新的思路，其进步意义不言而喻。
[0018]2、本专利技术通过将设计方法和过程转换程序代码等集成到电子设备或者储存介质中，令本专利技术的设计方法可以脱离稿纸和设计人员的脑力运算，可以实时根据设计需要和现场条件来设计通气缝的大小，解放了设计人员的双手，并且赋予了其更高的设计效率，且进一步降低了设计出错的概率。
附图说明
[0019]图1为本专利技术水箱外形示意图；
[0020]图2为本专利技术水箱剖面模型示意图；
[0021]图3为水箱在三种不同通风条件下其排水效率示意图；
[0022]图4为本专利技术实验和模型结果对比图。
[0023]图中：1、水箱；2、通气缝；3、出水孔。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]如图1至图4所示，本专利技术实施例提供了一种水箱和其通风面积的设计方法及其用途，考虑到底部孔口气泡对排水过程的影响，首先建立排水过程中是否出现气泡的判断条件。根据水箱底部孔口处受力平衡，得到气泡能够进入水箱的临界条件表达式：
[0026][0027]其中P1为水箱顶部区域空气压强(相对压强)，Pa；P
s
为孔口处受到的表面张力附加压强，Pa，可根据实际水箱出水孔尺寸确定大小；P
atm
为相对大气压强，Pa；ρ
w
为水的密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2。
[0028]其次，建立排水过程中满足不产生气泡条件的出水孔口与通风口大小关系。基于质量守恒和能量守恒方程推导出水箱排空过程的顶部气压随水深的变化公式，推导步骤如下：
[0029]假设排空过程中，极短时间dt内水箱内水深变化值为dh，底部孔口出流速度为v2，根据能量守恒定律，对水箱内部气
‑
液界面a
‑
a和水箱底部孔口外界面b
‑
b列伯努利方程：
[0030][0031]其中P1为水箱顶部区域空气压强(相对压强)，Pa；P2＝0为界面b
‑
b处的压强，Pa，其值约等于大气压强(相对压强)；ζ0为底部出水孔的局部水头损失系数，无量纲；z1和z2为界面a
‑
a和b
‑
b的位置水头，m；v1和v2为界面a
‑
a和b
‑
b处液面的平均流动速度，m/s。
[0032]根据质量守恒定律，可列出界面a
‑
a和b
‑
b之间的连续性方程：
[0033]v1A1＝v2A2ꢀꢀ
(3)
[0034]其中A1为水箱的横截面积，m2；A2为界面b
‑
b处的收缩横截面积，m2；
[0035]收缩横截面积A2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水箱，其特征在于：所述水箱的顶部开设有面积实时可调的通气缝，所述水箱的底部开设有出水孔。2.一种用于权利要求1所述的水箱的通风面积的设计方法，其特征在于：S1.建立排水过程中是否出现气泡的判断模型；S2.建立排水过程中满足不产生气泡条件的出水孔和通气缝大小关系；S3.计算得到排水过程中无气泡产生所需要设计的最小通气缝面积，并且调节所述水箱通气缝面积实施排水。3.根据权利要求2所述的一种水箱不充分通风条件下的通风面积的设计方法，其特征在于：所述S1中需要根据水箱底部出水孔的受力平衡，得到气泡能够从底部出水孔进入到水箱中的临界条件，其临界表达式为：其中P1为水箱顶部区域空气压强(相对压强)，Pa；P
s
为孔口处受到的表面张力附加压强，Pa，可根据实际水箱出水孔尺寸确定大小；P
atm
为相对大气压强，Pa；ρ
w
为水的密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2。4.根据权利要求2所述的一种水箱的通风面积的设计方法，其特征在于：所述S2中根据水箱排空...

【专利技术属性】
技术研发人员：马一祎，梁嘉玲，郑飞飞，朱志伟，唐洪武，袁赛瑜，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：