基于喷射角信息的淋浴花洒冲击力场测试方法研究

　　不同规格的淋浴花洒有着不同的喷射场特性参数.喷射水流对人体的冲击力是淋浴花洒射流场特性的主要参数，也是衡量淋浴花洒洗浴效果和舒适性的重要参考指标.直接测试出花洒出水冲击力(即单位面积上的平均冲击力，以下均同)，对花洒的开发和产品规格的制定至关重要，也为设计节水型花洒提供了理论依据.

　　对于喷射冲击力的测试，国内外的研究主要集中在工业和植保领域，多针对高压单孔射流[1].而淋浴花洒的喷射场是在较低压力作用下的多束射流场，因此喷射冲击力量值较小，属于微压信号，相邻束射流间存在相互影响，且不同规格的喷头各束射流间的排列关系也不相同.本文在基于图像处理技术所得花洒喷射角[2]的基础上，借鉴工业和植保喷头[3]的研究方法，对淋浴花洒单束冲击力特性进行理论分析，通过 Fluent 软件仿真分析得到单束射流场的流动特点，进而给出了单束冲击力的测试方法和适用于多种规格淋浴花洒射流冲击力场的测试结构，构建了冲击力测试系统并进行了通信和数据存储的实验.

　　1 喷射冲击力场的特性分析

　　1.1 花洒喷射单束冲击力的理论分析

　　花洒喷射冲击力的大小直接影响着洗浴效果和舒适程度，而影响冲击力的因素主要有以下几个方面：系统喷射压力Ps、花洒的体积流量 qv、花洒的喷射角α 、单个喷孔半径r 、花洒安装前倾角γ 、相邻两孔间最短距离d及花洒到测试截面的喷射距离H .花洒垂直安装的示意图如图 1(a)所示.在不考虑空气影响，花洒垂直安装时，各因素与花洒单束喷射冲击力之间的关系如下：

　　根据伯努利方程可知单束水流的流出速度[4]为

　　式中，d_C 为流速系数.

　　单束水流的体积流量为

　　式中，cS 为单束水流的出流截面积.

　　喷射距离为H 处喷射面积S 为

　　式中：α 为单束射流喷射角，由图像测量系统实时采集，以下公式中均同;喷射距离 H 可通过d/H d=2 tan求得;由式(3)可知喷射面积与喷射距离的平方成正比.

　　单束射流对测试截面的总冲击力为

　　结合式(1)—(4)得单位面积上花洒的喷射冲击力为

　　式(5)为冲击力与射流基本参数间的定性关系.由式中可以看出，随喷射角α 增大，喷射冲击力逐渐减小，因而实际测量时，喷射角的大小直接影响着测试基准面的选取.

　　1.2 花洒喷射单束射流场的仿真分析

　　根据 GB/T 23447—2009[5]要求及相关检测方法，采用 Fluent 流体力学软件对花洒单束射流场进行二维仿真模拟和分析.