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1、1.常见抽水马桶中的流体力学摘要 目前在我们日常生活中最常见的抽水马桶一般包含两种结构，储水系 统和冲水系统。大部分抽水马桶的储水系统没有太大区别，根据其冲水系统的区 别可以把马桶分为四种，而根据原理后三种都可以归类为虹吸式冲水。1.1 案例描述与原理总结 目前在我们日常生活中最常见的抽水马桶一般包含两种结构，储水系统和冲 水系统。大部分抽水马桶的储水系统没有太大区别，一般由进水管、出水管、渗 水管、水塞、浮球、放水旋钮及杠杆组成。其中，组成的水箱可以单独的看作是 一个体系，其作用原理非常简单，主要是依靠浮球和水塞来控制着充放水的：按 开水塞放水的时候浮球下降，出水口开始充水，当水充满到一定高
2、度之后浮球就 可以挡住出水口以阻碍其继续充水。除此之外，根据其冲水系统的区别可以把马桶分为四种，即直落式冲水，一 般虹吸式冲水，喷射虹吸式冲水和漩涡虹吸式冲水。而根据原理后三种都可以归 类为虹吸式冲水。（3）下水管道直径大、弧度小，即减小大体积脏物与管壁摩擦力，以提高 冲水效率。上述设计特点导致的使用时的现象即为冲水速度快，声音大，冲力大，强排 污，用水少，不泄漏。总结而言，直落式冲水对于高密度脏物（密度大于或远大 于水）及高黏性易粘壁的脏物，冲落能力十分显著；但是对于低密度脏物（密度 远小于水或与水接近），在浮力较大无法忽略的情况下，其冲落能力明显降低， 甚至几乎无冲落此类脏物的能力。1.1
3、.2虹吸式冲水虹吸式冲水的基本原理是利用虹吸现象实 现排污。虹吸是利用液面高度差、液体压强和大气压 强产生作用力的现象。如图所示，将液体充满一 根倒U形的管状结构内后，将开口高的一端置于 装满液体的容器中，因为h1p2-Pgh2，那么在A左端的压强就大于A右 端的的压强，在大气压和液体压强的共同作用下，水向 AC对于虹吸式冲水马桶来说，其结构特点为排水管道呈 “S”型，以便迅速形成液柱的高度差，从而产生强大的 压力差，使液体从受压力大的高水位流向压力小的低水位， 并充满水管产生虹吸现象，直至液体全部排出冲入空气中。 这样即可以轻松实现各种脏物尤其是低密度脏物的冲落， 达到直落式冲水所无法达到的
4、效果。而对于池壁的倾斜度 和存水面积则没有太大的要求。虹吸现象形成得越早，虹吸作用产生越迅速，有 效水量流失就越少，虹吸作用持续时间也就越长，排污功能越好，越节水。对于 一般虹吸式冲水，喷射虹吸式冲水和漩涡虹吸式冲水这三种虹吸式冲水则只是水 箱喷水方式和效果的细微区别，本质上都属于虹吸现象。1.2 个人感悟抽水马桶虽然常见且使用简单，但其结构精密、原理精巧，巧妙的利用了流 体力学的原理，使人类在卫生健康领域迈出了一大步。在现代社会，抽水马桶的 价值已不再是仅仅用于排污这么简单，人们在功能的设计上越来越多的考虑到抽 水马桶的高效性、节能性、体验感以及工作娱乐等附加属性，抽水马桶跟随时代 的发展在不断进步，日前也曾在某文章上目睹过使用空气作为流体媒介以代替水 进行排污的新型马桶。不管这种“抽气”马桶能否发展普及，或是抽水马桶是否 会被淘汰，利用机械能运行的马桶花样再多，终究离不开流体这个媒介，以及流 体力学的原理。参考文献：1刘福明，潘晓涛. 虹吸式卫生洁具不同冲水模式的速度流场分析 . 陶瓷期 刊.2011年. 2011-11-15期2董世芳 . 抽水马桶溯源. 中国建材报 .2003年. 2003-4-02期
抽水马桶与流体力学
