摘要
花洒喷头是洗浴设施的重要部件，其内外水流的流动特性都直接影响到洗浴设施的性能与人们洗浴质量。随着社会的迅速发展，人们的生活质量逐渐提高，同时花洒的淋浴舒适度也越来越受到生产厂家及用户的重视。而对于用于客船的洗浴设施，尤其是豪华游轮来说，由于海上淡水资源宝贵，花洒除了需要具有较高的淋浴舒适度之外，还必须具备良好的节水功效。为此，本文以普通花洒为研究对象，对影响淋浴舒适度的因素进行分析与相关的实验测试、淋浴体验；结合人体工程学及实验心理学，建立基于韦伯-费希纳淋浴舒适性评价方法；对花洒的内外流场进行数值模拟，研究花洒的流动特性及射流温度变化情况，结合实验结果提出改进意见；在普通花洒的研究基础上，以节水、节能、淋浴舒适性为目标，对船舶用花洒的参数设置提出合理建议。本文主要工作有： (1)提出了花洒喷射力大小、喷射力强度、水花分布均匀度是影响人们淋浴舒适度的重要因素。基于上述影响因素分别进行了淋浴体验测试，将不同淋浴工况下的舒适度体验感受与物理刺激结合构建了基于韦伯-费希纳的淋浴舒适性函数，获得了人们对喷射力大小、喷射力强度、水花分布均匀度的舒适范围。结果表明，人们对于喷射力大小、喷射力强度水花分布均匀度的刺激反应类似于正态分布，基于本文所使用的花洒样本舒适流量范围为6L/min～8.5L/min之间；舒适淋浴的孔径范围在0.7mm～0.95mm之间；分布均匀度系数大时，水花分布越均匀，受试者的淋浴舒适度越高。 (2)对花洒喷射力进行了不同工况的实验测试。实验结果表明基于淋浴舒适度体验，实验结果表明基于淋浴舒适度体验，当流量为 6L/min～7L/min，孔径大于 0.6mm 流量为8L/min时的喷射力较为舒适，此时花洒喷射力在0.51N～0.24N之间；18.5mm2～34mm2是喷射力较为适中的花洒出流总面积；结合淋浴舒适度体验在喷射力允许范围内适当缩小花洒孔径，可以在节水的同时具有较好的淋浴舒适度。 (3)进行舒适温度淋浴体验，完成花洒射流温降的实验测试。结合体验数据，构建了淋浴温度舒适性函数，获得了不同人群温度舒适范围；结果表明，人们对于淋浴温度的刺激反应类似于正态分布，男性淋浴舒适温度范围为38℃～41℃，其中39℃～40℃为最舒适区间；女性淋浴舒适温度范围为39℃～42℃，其中40℃～41℃为最舒适区间。温降实验测试结果表明，卷吸作用及气液温差的影响，花洒射流温降呈随流量的增大而增大，随温度的升高而增大的变化规律。 (4)使用Fluent软件对花洒内部流场的流动特性及外部射流温降变化进行仿真。获得了花洒内流场的压力分布、速度分布及花洒各环出水孔的喷射速度。结果表明，通过改变内腔入口的位置与形状可以改善出流均匀度；将仿真结果与实验获得的各环的喷射力及平均喷射速度进行对比，结果表明，实验结果与仿真结果的偏差由内环至外环逐渐减小；由于花洒喷射残留水的存在导致实验结果较仿真结果偏大，使得实验喷射力实际值大于理论值，进而实验射流速度略大于仿真射流。 (5)考虑客船环境特殊，分析海洋环境对淋浴舒适性的影响，模拟海洋环境进行花洒射流温度场的仿真分析，并根据前文的研究对客船用花洒提出合理性建议。从节水、节能、舒适性角度出发，建议花洒的出水孔应均匀排布；当花洒的出水孔较少时，将船舶淋浴花洒的出水孔直径设置在 0.6mm～0.8mm 之间，出水流量可设置在 6L/min～8L/min 之间；而当花洒的出水孔较多时，花洒出水孔孔径可适当缩小，能在满足人们淋浴舒适度的同时保证节水效果。射流温度场仿真结果表明，由于空气比热容大、湿度高、密度大，且存在对流换热现象，导致海洋环境下的温降明显高于陆地环境。在流量一定的前提下使用大出流孔径的花洒和避开船舱通风时间进行淋浴都能降低花洒射流温降，达到节能的效果；与此同时建议将花洒内部温度上限设置在46℃左右，确保人们能够获得较为舒适温度还能减少水温加热的能耗。
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