水资源是人类生活生存和发展不可或缺的要素和条件,随着工农业生产规模扩大及环境污染的加剧,可利用的水资源日益匮乏,甚至成为和能源、材料并列的战略物质。生活用水占用了相当份额的水资源,而便器冲洗用水又占全部生活用水量的三分之一左右,坐便器的节水设计是提高水资源利用效率的措施之一,是近期卫生陶瓷业研究的重点,也是相关企业赢得市场的关键核心技术。本文以多相流理论为基础,建立了虹吸式坐便器工作过程的物理模型;以相同物理参数的液体代替检测用固体颗粒,进行了排污过程的计算流体动力学仿真;在此基础上利用面向MDO代理模型的方法实现了坐便器结构的节水优化设计,取得初步成果。同时实施了部分的实物对比试验。本文的特色之处在于:1、以尽可能准确的多相流模型仿真虹吸式坐便器工作过程,以虚拟试验代替昂贵且难以监测的实物试验,并提出了抽取关键冲洗参数(虹吸时间、虹吸的抽力)的方法,为坐便器结构优化奠定基础。为提高效率,还实施了多机并行计算。2、采纳多学科设计优化的思路,用Kriging代理模型对坐便器的流道几何与关键冲洗参数的关系建立数学模型,有效减少了时间和花费巨大的计算仿真次数。3、将遗传算法与适用于多目标处理的Pareto方法相结合,利用Pareto多目标遗传算法MOGA寻优Kriging模型,获取虹吸式坐便器结构的优化解。4、对上述方法进行了算例验证,获得了初步的分析结果,并进行了部分的实物对比试验。总之,本文对虹吸式坐便器的节水设计提出了一套完整的解决方案,主要包括虚拟试验与设计优化两个环节。今后若在实物对比试验、更高效的数值模拟求解器方面取得进展,本文的解决方案可望成为虹吸式坐便器的节水设计的有效工具。