冲落式坐便器冲水过程数值模拟的初步研究

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1、广东工业大学硕士学位论文冲落式坐便器冲水过程数值模拟的初步研究姓名：刘明俊申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：孙友松20040501摘要目前，国内包括坐便器在内的大多数卫生陶瓷洁具新产品的设计开发仍以手工为主，开发周期长、成本高。为此提出卫生洁具快速制造集成技术方案，将产品设计、冲水过程数值模拟以及快速制模有机结合，应用于卫生洁具的新产品开发研制，以实现对传统产业的信息化改造。本文针对冲落式坐便器冲水过程的数值模拟进行系统研究。在商品化软件的基础上，进行自主创新，初步实现了冲水过程的数值模拟。坐便器是结构最为复杂的卫生洁具，冲水效果则是

2、其最主要的使用性能。坐便器冲水性能的好坏与其结构设计的合理与否密切相关。针对其功能，本文将坐便器的冲水过程分解为两方面进行研究，其一是对水包内壁的冲刷过程，另外则是在水流冲力作用下的排污过程。坐便器的冲水过程是一种复杂流道多相不稳定的流动，物理过程十分复杂。本文以某型冲落式坐便器为研究对象，分析了冲水过程，提出了一套数值模拟研究方案，借助计算流体力学(CFD)方法研究冲落式坐便器中复杂流道的流体流动过程。经过比较，选用了合适的商品化软件，并确立了其数值模拟方法，针对具体模型提出了相应的网格划分方案，进行了大量的实例计算和分析。主要研究内容包括：(

3、1)对排污管道内的水流动进行了模拟，建立了管道结构的优化方法：(2)用体积流(VOF)方法对冲水过程的自由表面流动进行了三维模拟，提出了合理的网格划分方案，并分析了结构对流场的影响；(3)对坐便器的冲刷过程进行了分析，自行建立了描述其物理过程的数学模型，提出了冲刷过程的模拟方法，用VisualC++6．0编程实现了冲刷过程的可视化。(4)用ALE方法对排污过程流固耦合(FSI)问题进行了简化二维模拟，分析了其难点所在，并提出了相应的解决方案，为进一步深入研究排污过程提供了基础。在本文的基础上，经过经一步深入研究，并结合实验研究改进数值模拟方法和结

4、果，即可得到较完善的冲水模拟方法。这不但可为产品在设计阶段提供一个冲水性能检验的手段，而且以此为基础可实现水道系统的优化，实现产品的创新性开发，具有十分重要的理论价值和巨大的实用意义。关键词：冲落式坐便器；计算流体力学；体积流：优化设计；流固耦合【IAbstractBynow,intheceramicsanitarywaresindustry,manualmethodsarestillwidelyappliedinthedevelopingprocessesofnewproducts，resultinginlongdevelopingperiod

5、andhighcost．Therefore，arapidintegratedmanufacturingschemeofthesanitaryproductsisproposed．ThenewschemeintegratestheComputerAidedDesignoftheproducts，numericalsimulationoftheflushprocessandRapidTooling，torealizetheinformatizationreformingofthetraditionalindustry．Thenumericalsimu

6、lationsoftheflushprocessforcertaintypeofwashdownwaterclosetaresystematicallyresearchedinthispaper．Onthebasisofcommercialsoftwares，theinnovativeflushsimulationsareprimarilyrealized．Thestructureoftheclosetsisthemostcomplexamongthesanitarywareproductsandtheflushresultsaretheirma

7、inworkingperformances．TheflushperformanceiscloselyrelevanttOthereasonablestructure．Inthispaper,theflushfunctionisdividedintotWOaspects．Oneistheprocessflushingtheinnerwalloftheclosetbowl；theotheristhedischargeofthedirtyobjectsundertheactionofwaterflow．Theflushprocesswithinthec

8、omplexclosetsisakindofverycomplicatedunsteadymulti—phaseflow．Inthisp