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基于数值模拟技术的坐便器虹吸流道
最佳结构的研究
梁江波，葛正浩，丁英杰，历成龙
陕西科技大学，陕西西安（710021）
E-mail：05liangjiangbo@sust.edu.cn
摘 要：介绍了在利用 Pro/E 软件对虹吸式坐便器进行了参数化建模的基础上，借助于
ADINA 软件对不带污物的虹吸式坐便器内水的的流动和冲涮过程进行了模拟，并由数值模
拟的计算结果对虹吸式坐便器的流道结构进行了进一步优化，指明采用 ADINA 软件来实现
流体模型的数值模拟,可大大提高设计制造的精确度，为工程设计应用提供了坚实的理论分
析基础。
关键词：Pro/E；虹吸式坐便器；参数化建模；ADINA；模拟；流道结构；理论分析基础
1. 引 言
ADINA 软件是美国 ADINA 公司的产品，是以有限元方法为基础的大型数值计算系统，
通过求解各种物理基本控制方程来计算各种结构、流体、温度场及多场耦合的工程问题；
ADINA 有许多应用模块, 其中 ADINA-F 是流体模型求解器，为可压缩和不可压缩的流体提
供了世界一流的有限元和控制流量的解决能力，流体可包含自由表面和流体间以及流体与结
构间的流动界面。进行如非稳态渗流、明渠流动计算；ADINA-F 中使用的程序是基于有限
元和有限体积离散图，带有非常全面和高效的解决方法，可解决任意几何学中的全部流动问
题。 本文借助于 Pro/E 3.0 和 Adina 8.2 软件，利用参数化设计技术和数值模拟技术对虹吸
式坐便器的最佳流道结构进行了分析研究。
2. 卫生洁具的冲洗功能要求
随着生活水平的提高，人们对家庭中的卫生洁具的要求越来越高，在要求能够实现必需
的功能的同时，还讲求其美观的造型，并且还要满足目前节水的要求
[1]。卫生洁具的质量
要求包括尺寸允差，外观质量、变形、物理性能、冲洗功能等
[2]。
冲洗功能是坐便器在规定水量下将便器内污物排出并将便器洗净的能力。毫无疑问，冲
洗功能是坐便器最主要的性能要求之一。
坐便器按冲洗方式可分为冲落式、虹吸式以及喷射虹吸式等类型。冲落式坐便器靠水向
下的冲击力将污物冲出便器，其冲出力量的大小由水在水箱(或在冲水阀上面的管道中)中具
有的势能减去水流到冲击污物处的沿程损失差值所决定。虹吸式则由水在便器中形成虹吸，
主要靠虹吸产生的抽力将污物排出便器
[1]。
3. 自由表面流动的 VOF 处理方法
计算具有自由表面的流体流动，必须能即时计算流体界面的运动或变形。自由面流动问
题有一个共同的特征，即流体域存在不能事先预知的自由边界—自由面，在该边界上再加上
运动学边界条件和动力学边界条件。自由面流动的这些特点在数学上表现为非线性初边值问
题，数值求解并非易事，首先是由于在自由面上边界条件包含速度的二次项，这使得边界条
件呈现为非线性；其次是因为自由面的位置并非事先预知，必须作为问题的一部分由求解过
程给出:再者自由面可能发生严重变形，使得界而跟踪十分困难[3」。
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