洗脸盆排水过程数值模拟的初步研究.pdf

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1、至Q!垒生筮!塑(篁篁!!Q塑2江西建挝——————————————————鏖堕洗脸盆排水过程数值模拟的初步研究■陈雪宇1，黄晓家2，沃留杰311．福州职业技术学院，福建福州350108；2．中国中元国际工程公司，北京1000893．宁波市市政公用工程安全质量监督站。浙江宁波315016摘要：文章首先介绍了影响洗脸盆存水湾高度的实验，然后采用CFD软件Flu-ent的VOF多相流模型，通过并行计算，对洗脸盆在复杂流道、}昆合边界条件下带自由表面的三维非稳态多相流动过程进行数值模拟，建立了用CFD软件数值模拟洗脸盆排水过程的方法。为经后用计算流体动力学方法设计相应洁具，及洁具结

2、构的优化提供了一种方法，并可成为器具节水设计的有效工具。关键词：器具洗脸盆数值模拟计算流体动力学(CFD)目前，国内大多数的洁具新产品的设计开发仍以手工为主，开发周期长、成本高。而随着计算机数值模拟的迅速发展⋯，计算流体动力学(CFD)技术在流体数值仿真方面的应用日益广泛。为此本文提出一种方法，即以成熟的计算流体力学商业软件Fluent为平台，模拟洗脸盆排水过程的两相流动，计算特定流量下不同时刻排水管道的压强波动和分布情况以验证运用CFD模拟技术研究器具排水过程的可行性。从而将洁具产品设计、冲洗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

3、的信息化改造。下面先介绍传统的研究器具排水过程的试验方法，再运用Fluent软件建立一个洗脸盆模型，通过并行计算，对其排水过程进行数值模拟，比较两种试验方法的不同点，以期可以将数值模拟技术运用与新器具开发。1洗脸盆实验简介北京建筑工程学院墨俊奇教授等为了研究影响洗脸盆存水弯内水封高度的因素做了如下实验旧一：1．1试验装置和方法(1)试验装置美龙牌(MeiLong)洗脸盆1个、有效容积7L，塑料存水湾(dn32)，玻璃管液位计1支，塑料排水管等，试验装置见图1—1。(2)试验方法改变存水弯距排水横管的安装高度H，埋地立管管径dl、埋地横管管径d2及排水方式，通过玻璃管内液位变化

4、确定洗脸盆排水管存水弯内水封高度h的变化。考虑最不利情况放水方式采用一次性放水(12s左右)，即洗脸盆先储水至溢流口后再一次性排水。1．2部分结论及建议：图1—1试验装置存水弯安装高度相同条件下：排水立管管径相同时，增大排水横管管径有助于水封保护。2洗脸盆几何建模与网格划分2．1求解域建模本文以洗脸盆的整个排水流道为数值计算的求解域，模型如图2—1。上部洗脸盆尺寸为260mm×260mm×130mm，排水立管直径和存水弯为40mm，排水横管分40mm和50mm两种管径，坡度为0．026。2．2网格划分在数值模拟中，选择合理的网格类型对求解计算时间、计算精度及求解的稳定性有重大

5、的影响。本文综合考虑结构、计算时间、精度及稳定性等因素，采用结构网格与非结构网格相结合的混合网格。图2—2所示为用GAMBIT划分得到的网格。其中，水箱部分，和排水立管部分由于结构较规则，采用六面体网格，其余部分，如存水湾和排水横管等，都采用四面体网格。排水横管为40mm管径的模型网格总数约为8．5万。排水横管为50mm管径的模型网格总数约为9．1万。3洗脸盆排水过程分析31计算条件(1)计算模型洗脸盆排水过程是带自由表面的非稳态三维气一液两相流过程，因此本文选择计算模型为三维非稳态，流场计算采用分离式解法；确定流型为湍流，湍流模型采用能更好处理大曲率壁面的Realizabl

6、ek—s模型，近壁区处理采用标准壁面函数；压力插值方式采用BodyForceWeighted，压力速度耦合方式选适用于非稳态流动的PISO算法，动量方程、湍动能方程以及湍动耗散率方程的离散采用一阶迎风格式；多相流模型采用适用于带有自由表面的多相流VOF模型，边界插值采用高精度的几何重构方案，相数为二，即洗脸盆初始水位和存水湾处为液相，其余的空气为气相。(2)材料属性与边界条件气相指空气，为主相，其粘度为1．7894×10。kg／(m·s)。液相指液态水，其密度和粘度分别为998．2kg／m3和1．003×10—3kg／(nl·s)。工作压力为大气压，即101325Pa，参考压

7、力点定义在洗脸盆顶部。重力加速度为一9．81m／图2—1洗脸盆排水模型s2，工作密度选较轻相即气相的密度。壁面条件为无滑动，其它边界条件：洗脸盆上部为压力入口，存水湾I，3和排水横管出VID都为压力出口。(3)设置水相的初始分布和计算时间间隔参数初始化标记后的液相和气相如图3一l所示，蓝色代表水，红色代表空气，洗脸盆中水深为80mm，存水弯水封高度为50ram。对于非稳态问题和需要初始化标记流场的问题，FLUENT推荐的计算策略为，先采用较小的时间步长迭代，该时间步长至少要比流动的特性时间小一个数量级，