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节约用水的设计方案 摘要 水资源是维持人类生存、经济发展与社会进步的重要资源和主要因素.水资源已成为城市供水安全的重大问题.本文对生活中的洁具节水问题应用微元法、同类比较法、差别比较法、直观形象法、同容异形法做了数学模型下的定性与定量的分析.得出结论如下: 第一,就材料中所述的两套不同洁具生产方案,对其放水量是否符合节水要求进行了分析比较.得出方案二比方案一更节水,并且方案二经过改进还可以有更优的设计方案. 第二,对洁具的节水功能的改进,不仅仅只能从放水时间的改进,还可以从洁具的盛水的低水箱设计方面改进,例如文中所说到的把普通直冲式水箱设计为的尺寸或者是尺寸的水箱,都比现有水箱更符合节水理念. 关键词 洁具;低水箱;节水;容积;放水量;微元法. 引言 水,一个简单的名字,一种非凡的物质.水是全世界人类赖以生存的生命之源,全球水污染和浪费的现象已非常严重,全世界有100多个国家缺水,水资源不足不仅成为许多国家经济发展的严重障碍,而且也威胁到人类的生活、健康甚至生命.俗话说的好“人可一日不吃饭,但不可一日不喝水”.我们的生活离不开水,谁是我们生活不可缺少的重要资源. 然而,在我们现实生活中,在我们的身边,浪费吧是自愿的现状十分惊人.在我们学校,会时常看到这样的情景,食堂边上的自来水水龙头有时坏了,水哗哗地留个不停;有的水龙头厂商是一滴一滴的水在滴,一天、两天···不知道浪费了多少水.再说很多家庭表面上看是很节约用水,实际上也是在浪费水资源.有的家庭厨房和卫生间的水龙头的 水一天到晚的都在一滴一滴的向水缸和储水桶滴水,然而水缸或者是储水桶却在不停地向外流. 1 问题重述与分析 我国是个淡水资源相当贫乏的国家,人均可利用淡水量不到世界平均数的四分之一.特别是近几年来,由于环境污染导致降水量减少,不少省市出现大面积的干旱.许多城市为了节能,纷纷采取提高水价、电价的方式来抑制能源消费.而另一方面,据有关资料报道,我国目前生产的各类洁具消耗水某洁具生产厂家打算开发一种全自动洁具, 放水量 单位时间水流量 水箱进水量 水箱排水量 水箱水面高度 , 水箱水面高度 重力加速度 时间(秒) 3模型建立及分析 该厂家随机调查了100人次从开始使用到离开洁具为止的时间(单位:秒)见下表: 时间(秒) 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21后 人次 25 25 40 60 150 150 160 150 80 50 40 40 30 对于方案二,在使用人数为1000人时,总用水量为: 由以上计算可以看出,说明使用方案二更节水.下面我们用图1形象的描述如下: 图1中曲线下方面积为随机抽取的这1000人使用洁具的总用水量. 现在我们对方案二做如下改进如表2: 使用时间 9s 10s 11s 12s 13s-16s 17s-30s 31s-40s 41s-50s 50s-60s 第一次放水 9s 10s 11s 12s 不放水 不放水 不放水 不放水 不放水 第二次放水 不放水 不放水 不放水 不放水 10S 15S 20S 25S 30S 现对所改进的方案做具体分析如下: 由以上计算结果可知,说明我们的改进方法更节水.用图2形象说明如下: 图2中曲线下方面积为随机抽取的这1000人使用洁具的总用水量. 以上是对洁具放水时间的改进方案,但是利用控制时间进行节水的量毕竟很小,我们在改进洁具放水时间的同时对洁具水箱做进一步的改造. 3.2对洁具水箱的改进 当前, 市场上关于节水型水箱的产品种类繁多,但节水效果并不是很理想.常见的低水箱工作原理主要有两种: 直冲式和虹吸式.假设该厂生产的是直冲式低水箱洁具,那么本文着重对直冲式低水箱进行设计, 通过数学模型的分析, 设计出容积更小、用水量更少的水箱, 使得其既可以满足使用功能的要求, 又达到节水的功效. 考虑常用的长方体立式低水箱, 经过实际测量,并与相关产品尺寸比较, 得出一组能反映大部分水箱平均尺寸的数据.又考虑到水箱配件, 如: 浮球、水管等, 占用一定的水箱容积.假设配件对排水高度不产生影响, 而是减少了水箱实际的底面积.我们可以得出低水箱的数学模型所需的各个参数值, 见表3.其中, 定义临界水位为水面最低位置的高度. 表3 基本数据 底面面积() 水箱高度() 水箱容积() 临界水位() 0.05325 0.2 0.02065 0.05 3.2.1数学模型的建立 数学模型的建立计算从开始排水后的每一个时间微元△t (取△t =0.1s)内发生,的物理过程.利用计算机模拟水箱排水的动态过程, 以便得到诸如理论排水流量、理论进水流量、水箱内的水面高度等物理量与时间t的关系.