基于数值模拟技术坐便器虹吸流道的结构设计研究

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1、基于数值模拟技术坐便器虹吸流道的结构设计研究摘要我国是水资源十分短缺的国家，人均水资源仅占世界平均水平的四分之一。随着人口增长、生活水平和城市化率的提高，人们对生活用水量急剧增加。其中，卫生洁具用水占生活用水的40％，因此，开发、推广和使用节水型坐便器是解决水资源缺乏的一种有效途径。目前，我国尚未像发达国家一样强制执行6升标准的坐便器冲水量，主要原因是我国陶瓷行业包括坐便器在内的大多数卫生洁具产品的开发、设计和生产过程，基本上还是采用传统的手工制作模式，新产品的开发完全依赖于制作人员的手工技巧和经验，难以开发出高品质

2、、节水型的坐便器。随着计算机和计算技术的迅速发展，蓬勃发展的计算流体动力学(CFO)为研究坐便器冲水过程、开发节水型坐便器产品开辟了新的途径。应用计算流体动力学，可以方便、直观地了解坐便器冲水过程中的流场(压力场、速度场等)的分布情况，分析不同产品结构、不同冲水量对坐便器的冲涮和排污性能的影响，为开发和设计高品质、节水型坐便器产品提供依据，大大缩短产品开发周期，降低开发成本。因此，坐便器冲水过程数值模拟是改变坐便器产品开发落后现状的关键，越来越得到人们的重视。按照排污方式不同，坐便器一般分为冲落式和虹吸式两种。冲落式

3、是由水向下的冲击力将污物冲出便器，而虹吸式是水在便器中形成虹吸，靠虹吸产生的抽力将污物排出便器。本文以虹吸式等截面坐便器、虹吸式变截面坐便器为研究对象，采用CFD软件分别对其冲水过程进行了数值模拟。主要研究内容包括：(1)由虹吸现象产生的原理，结合计算流体力学的基本知识，对虹吸式坐便器的流道进行设计，并针对其成形技术提出了一些新方法，为后续的数值模拟提供了原型。(2)通过分析虹吸式坐便器冲水过程的特点，确定其物理模型为带自由表面的三维非稳态多相耦合流，其中多相包括空气相、水相和固体污物相，考虑到流固耦合问题的复杂性，

4、本文采用简化物理模型的方法，初步忽略水箱以及坐圈的情况下，在水包入口速度一定的时候，数值模拟虹吸坐便器流道内的流体流动。(3)采用商用有限元分析软件ADINA中的多相流模型_voF，分别对两种坐便器带自由表面的气一液两相流进行了数值模拟。首先，暂不考虑水箱及坐圈的情况下，数值模拟了虹吸式坐便器内清水流动过程，考察了压力场、速度场、水包壁面流场冲涮范围以及排污管道截面的变化等对虹吸式坐便器冲涮和排污性能的影响；然后，在上一步的基础之上，全面考虑水箱、坐圈的条件下，数值模拟了虹吸式坐便器内清水流动过程。本文通过简化虹吸式

5、坐便器冲水过程的物理模型，利用有限元分析软件ADINA对虹吸式坐便器的冲水过程进行了数值模拟。在本文研究的基础上，进一步深入研究，即可建立起坐便器冲水性能数值标准和判据，不仅能减少坐便器集成制造技术方案中的冲水性能测试的次数和模具修改的次数，还能保证产品质量，从而大大缩短开发周期，节省开发成本，为开发和设计高品质、节水型坐便器开辟新的道路，因此具有重要的实际应用价值。关键词：虹吸式坐便器，计算流体动力学，多相流，物理模型，数值模拟ⅡRESEARCHONSIPHoNICBED圳’SFLoWCHANNELSTRUCTUR

6、EDESIGNBASEDoNTHENUMERICALSIMULATIoNTECHNoLoGYABSTRACTInChina，watershortageishighlyseriousandthequantityperpersonisonlyaquarteroftheworldaverage．Astheincreasingofpopulation,updatingoflivingstandardandurbanization，theamountoflivingwaterwillrapidlygoup．Therefore，

7、thedeveloping，popularizingandusingofwater-savingtoiletsareimportantandsignificanttodealwithwatershortage．Themaximum6．1itreflushvolumerequirement，whichhasbeenenforcedindevelopedcountries，hasnotbeenimplementedathome．仉primaryreasonisthatthedevelopment．designandtoo

8、loftoiletsarestillmademanually．Thequalityofnewproductsdependsentirelyontheexperienceoftheworkers．So，itisdifficultforthetraditionalmanualwaytodevelopanddesignquality-highandw