少量水流经连续双弯管之暂态行为分析.pdf

少量水流經連續雙彎管之暫態行為分析 少量水流經連續雙彎管之暫態行為分析 鄭偉盛 蔡廷弘 龍華科技大學機械工程系 摘 要 洗手台、馬桶都有連續彎管的設計，這樣子的設計，主要在於防止異味散發、害蟲 入侵，但是這樣子的設計同時也增加水流的阻力，造成排水排污的不順，但是由於它的 計算域是變動的，一般的計算方法無法進行分析，因此從文獻上很難找到這種短時間 內，水流過連續彎管的研究，所以就無法對洗手台、馬桶的沖水效果進行改善，本文乃 是嘗試將問題簡化，以非黏性之假設和質點動力學之方法，計算少量水流經二個180度 連續彎管內的流動變化情形。首先針對U型管內水的震盪行為進行分析，以驗證研究方 法之可行性與準確性，最後對連續雙 180度彎管內之流動行為進行速度、加速度以及壓 力分析，以做為將來進一步分析的基礎。 關鍵詞： 非黏性、U型管、簡諧運動、震盪週期、彎管 1.前言 兩個180度轉彎（圖1），當水在排放時一 日常生活中，每個人都要使用到的衛 定量的水從管子上方流下時，大部分的水 浴設備 如:洗手台、馬桶都有連續彎管的 會從下方排出，少部分的水會留在管子當 設計，這樣子的設計，主要在於防止異味 中低凹的部份形成水拴。本研究乃是希望 散發、害蟲入侵，但是這樣子的設計同時 了解在這過程當中，液體在管內部隨時間 也增加水流的阻力，造成排水排污的不 流動的情形。我們假設在圖1的雙彎管中 順，同樣的問題經常在我們的生活中發 起初並無液體存在，希望了解一定量的水 生，可是似乎卻沒有人從工程的角度來分 從上方流入後，到最後少部分水留在管子 析，排水排污是一個暫態的過程，難解的 當中低凹部份整個過程的變化情形。 原因主要在於計算域是變動的，邊界條件 也是變動的，就筆者所了解的範圍內，似 乎沒有文獻提及這樣子的研究，本文乃是 以一維的非黏性的假設，以及質點動力學 的分析方法，嘗試來解連續彎管內水流的 暫態問題。 2.分析 2-1問題描述 在洗臉槽下方的排水管通常具有連續 圖 1.雙連續彎管物理模型(單位為m) 龍華科技大學學報第二十二期,2007.03 2 2-2基本假設 S=V0t+0.5at 我們所要解的問題不僅是速度隨時間 其中L代表圖2中管路的方向，gL為重力 改變的暫態問題，更複雜的是水在空間的 在L方向的分量。 位置也不斷改變，因此也沒有固定的計算 3.結果與討論 域，因此為了計算上的方便，我們將實際 的管路對應到圖2所示的計算域來做計 3-1 U型管之液體震盪 算，圖中箭頭所表示的是重力的方向，液 為驗證本研究的計算正確性，先以U型管 體由左方流入由右方流出同時我們做了以 內之無黏性液體震盪行為(圖3)進行測 下的假設 試，依據Kreyszig