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[摘 要]我们以台上盆为例，通过结合CFD技术对防溅水洗手盆展开研究，通过快速的计算结果反馈，实现洗手盆防溅水性能的优化，指导防溅水洗手盆的工业设计。在研究的过程中，我们应用CFD技术对洗手盆的使用过程进行数值模拟。为验证数据的可靠与可行性，我们设计了验证CFD技术的实验方案。本着可循环利用和持续发展的设计理念，我们设计了一套实验装置。
[关键词]CFD技术； 洗手盆； 验证实验。
中图分类号：G711 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）13-0105-01
一、CFD技术的概念
计算流体力学（Computational Flu-id Dynamics简称CFD）是流体力学的一个分支， 在整个流体力学中的地位也十分突出。数值模拟是根据具体对象建立相应的数学模型， 然后采用数值分析方法计算求解。常用的数值方法包括解析法、差分法、蒙特卡罗法、有限元法等。CFD模拟就是为得到更加准确地进出流场的宏观现象， 从而对水流的运动进行微观描述的现象。随着现代科学技术水平的不断提高， 各个行业及领域均得到快速发展，同样，在工业设计的多个环节中受到广泛关注。
二、CFD技术的应用——以洗手盆为例
2.1产品背景
洗脸盆是人们日常生活中不可缺少的卫生洁具，它是现代生活进化到一定程度的产物。调查发现，在一些公共场合，很多水龙头都没有安装起泡器或损坏后继续使用，另外，在洗手、刷牙、倒水时，仍然会遇到水流溅出的问题。而这正是进一步挖掘用户潜在需求、突破洗手盆以往定式的一个切入点。为了更好的生活体验，我们开展了对防溅水洗手盆的研发。
2.2计算的合理设计方向
通过分析，可明确防溅水洗手盆的合理设计方向：
（1）通过改变洗手盆盆沿造型，迫使水流改变方向，达到水流不外溅的效果；（2）在盆体底部设置消能区（如在采用网状排水盖，或铺设多孔陶瓷、细石粒等），耗散水流动能，实现防溅水的目的。
基于以上信息，提出一款底部采用网状排水孔盖、盆沿呈倒L型结构的简约型防溅水洗手盆的设计方案。
三、验证CFD技术结果
3.1实验仪器设计
本着节省成本、循环利用的目的，我们研发了环保型实验装置。本实验装置采用榫卯结构，各部件可拆卸，易于更改，不仅适用于本验证实验，同时也适用于更改洗手盆变量的实验和进行教学演示。
①具有榫卯结构的盆体，顶端的榫卯结构可嵌入不同款式的盆沿，而盆底也可以更换不一样材料结构的排水口，进行变量实验；②由3D打印制作而成的多种款式的盆沿，既可以方便根据实验需要进行更换，也同时减少模型重新制作的时间与费用；③在盆底排水口可根据实验需要置换不同的消能装置，更方便进行多次变量实验；④下水口管道，进行实验排水；⑤沿实验盆体围绕一圈的集水器，用于收集实验飞溅的水，用于评测预想方案。
3.2实验方案设计
实验目的：（1）通过实验验证CFD技术模拟结果。（2）通过实验来分析有效的盆沿结构。（3）通过实验来找出较佳的消能材料。
实验原理：水流从高处落下，具有一定速度，当它落到洗手盆的时候，由于撞击，它便会产生一定的水花，我们可以通过改变洗手盆的盆沿，或者在盆底部设置消能区达到减少水花的飞溅。
实验材料：普通洗手盆、石膏、水、水压控制器、高频摄像机、具有榫卯结构的洗手盆、多种3D打印的盆沿组件、集水器、鹅卵石、沙子、多孔陶瓷、铁网、网状排水口、带盖普通排水口，水箱、不带起泡器的普通水龙头。
实验步骤：
（1）获取已用CFD技术模拟的数据；（2）根据具有榫卯结构的洗手盆的基本参数，进行模具制作；（3）按实验装置图安装好实验器材；（4）在洗手盆上安装普通的盆沿；（5）将水流速度控制为2m/s（以家庭用水为例）；（6）打开开关，用高频摄像机记录下溅水量的方向；（7）回收飞溅的水，测量出体积，记下体积V；（8）基于以上数据，对洗手盆初始盆沿参数进行改进；（9）重复进行第5-8步的实验步骤，直到洗手盆的溅水量V不再变化，此时盆沿为较优设计；
不同盆沿形状
水花体积V
（10）按上面实验數值得出较优的盆沿设计，并作为下面实验的固定盆沿设计；（11）更改水箱高度，打开开关，用高频摄像机记录下溅水量的方向；（12）回收飞溅的水，测量出体积，记下体积V；（13）基于以上数据，对水箱高度参数进行更改；（14）重复进行第11-13步的实验步骤，调节水箱高度为40公分时（家庭水龙头口距离洗手盆最大高度），洗手盆溅水量V可忽略不计时，此时盆沿为较优设计；
（15）按上面实验数值得出较优的盆沿设计，并作为下面实验的固定盆沿设计；（16）在洗手盆下水口方安装带盖普通排水口；（17）将水流速度控制为2m/s（以家庭用水为例）；（18）打开开关，用高频摄像机记录下溅水量的方向；（19）回收飞溅的水，测量出体积，记下体积V；（20）基于以上数据，更改盆底消能材料；（21）重复进行第17-20步的实验步骤，直到洗手盆溅水量V不再变化，此时消能材料为较优。
3.3 实验装置图（图2）
参考文献
[1]倪崇本，朱仁传，缪国平，范佘明。一种基于CFD的船舶总阻力预报方法[J].水动力学研究与进展A辑，2010，25（05）： 579- 586.
[2]魏淑贤，沈跃，黄延军。计算流体力学的发展及应用河南理工学报，1007-2829（ 2005） 02-0115-03.
[3]张磊，基于TRIZ理论的工业设计创新方法研究[D].天津：河北工业大学，2007.
[4]邢锡金，曹国忠，刘伟，吴中富.基于Matrix 2003与效应的产品工业设计创新方法研究[J].工程设计学报，2016，23（01）： 14-21.
[关键词]CFD技术； 洗手盆； 验证实验。
中图分类号：G711 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）13-0105-01
一、CFD技术的概念
计算流体力学（Computational Flu-id Dynamics简称CFD）是流体力学的一个分支， 在整个流体力学中的地位也十分突出。数值模拟是根据具体对象建立相应的数学模型， 然后采用数值分析方法计算求解。常用的数值方法包括解析法、差分法、蒙特卡罗法、有限元法等。CFD模拟就是为得到更加准确地进出流场的宏观现象， 从而对水流的运动进行微观描述的现象。随着现代科学技术水平的不断提高， 各个行业及领域均得到快速发展，同样，在工业设计的多个环节中受到广泛关注。
二、CFD技术的应用——以洗手盆为例
2.1产品背景
洗脸盆是人们日常生活中不可缺少的卫生洁具，它是现代生活进化到一定程度的产物。调查发现，在一些公共场合，很多水龙头都没有安装起泡器或损坏后继续使用，另外，在洗手、刷牙、倒水时，仍然会遇到水流溅出的问题。而这正是进一步挖掘用户潜在需求、突破洗手盆以往定式的一个切入点。为了更好的生活体验，我们开展了对防溅水洗手盆的研发。
2.2计算的合理设计方向
通过分析，可明确防溅水洗手盆的合理设计方向：
（1）通过改变洗手盆盆沿造型，迫使水流改变方向，达到水流不外溅的效果；（2）在盆体底部设置消能区（如在采用网状排水盖，或铺设多孔陶瓷、细石粒等），耗散水流动能，实现防溅水的目的。
基于以上信息，提出一款底部采用网状排水孔盖、盆沿呈倒L型结构的简约型防溅水洗手盆的设计方案。
三、验证CFD技术结果
3.1实验仪器设计
本着节省成本、循环利用的目的，我们研发了环保型实验装置。本实验装置采用榫卯结构，各部件可拆卸，易于更改，不仅适用于本验证实验，同时也适用于更改洗手盆变量的实验和进行教学演示。
①具有榫卯结构的盆体，顶端的榫卯结构可嵌入不同款式的盆沿，而盆底也可以更换不一样材料结构的排水口，进行变量实验；②由3D打印制作而成的多种款式的盆沿，既可以方便根据实验需要进行更换，也同时减少模型重新制作的时间与费用；③在盆底排水口可根据实验需要置换不同的消能装置，更方便进行多次变量实验；④下水口管道，进行实验排水；⑤沿实验盆体围绕一圈的集水器，用于收集实验飞溅的水，用于评测预想方案。
3.2实验方案设计
实验目的：（1）通过实验验证CFD技术模拟结果。（2）通过实验来分析有效的盆沿结构。（3）通过实验来找出较佳的消能材料。
实验原理：水流从高处落下，具有一定速度，当它落到洗手盆的时候，由于撞击，它便会产生一定的水花，我们可以通过改变洗手盆的盆沿，或者在盆底部设置消能区达到减少水花的飞溅。
实验材料：普通洗手盆、石膏、水、水压控制器、高频摄像机、具有榫卯结构的洗手盆、多种3D打印的盆沿组件、集水器、鹅卵石、沙子、多孔陶瓷、铁网、网状排水口、带盖普通排水口，水箱、不带起泡器的普通水龙头。
实验步骤：
（1）获取已用CFD技术模拟的数据；（2）根据具有榫卯结构的洗手盆的基本参数，进行模具制作；（3）按实验装置图安装好实验器材；（4）在洗手盆上安装普通的盆沿；（5）将水流速度控制为2m/s（以家庭用水为例）；（6）打开开关，用高频摄像机记录下溅水量的方向；（7）回收飞溅的水，测量出体积，记下体积V；（8）基于以上数据，对洗手盆初始盆沿参数进行改进；（9）重复进行第5-8步的实验步骤，直到洗手盆的溅水量V不再变化，此时盆沿为较优设计；
不同盆沿形状
水花体积V
（10）按上面实验數值得出较优的盆沿设计，并作为下面实验的固定盆沿设计；（11）更改水箱高度，打开开关，用高频摄像机记录下溅水量的方向；（12）回收飞溅的水，测量出体积，记下体积V；（13）基于以上数据，对水箱高度参数进行更改；（14）重复进行第11-13步的实验步骤，调节水箱高度为40公分时（家庭水龙头口距离洗手盆最大高度），洗手盆溅水量V可忽略不计时，此时盆沿为较优设计；
（15）按上面实验数值得出较优的盆沿设计，并作为下面实验的固定盆沿设计；（16）在洗手盆下水口方安装带盖普通排水口；（17）将水流速度控制为2m/s（以家庭用水为例）；（18）打开开关，用高频摄像机记录下溅水量的方向；（19）回收飞溅的水，测量出体积，记下体积V；（20）基于以上数据，更改盆底消能材料；（21）重复进行第17-20步的实验步骤，直到洗手盆溅水量V不再变化，此时消能材料为较优。
3.3 实验装置图（图2）
参考文献
[1]倪崇本，朱仁传，缪国平，范佘明。一种基于CFD的船舶总阻力预报方法[J].水动力学研究与进展A辑，2010，25（05）： 579- 586.
[2]魏淑贤，沈跃，黄延军。计算流体力学的发展及应用河南理工学报，1007-2829（ 2005） 02-0115-03.
[3]张磊，基于TRIZ理论的工业设计创新方法研究[D].天津：河北工业大学，2007.
[4]邢锡金，曹国忠，刘伟，吴中富.基于Matrix 2003与效应的产品工业设计创新方法研究[J].工程设计学报，2016，23（01）： 14-21.