Mô phỏng dòng chảy nhiều pha 3D trong quá trình xối rửa có vật giả của bồn cầu vệ sinh kiểu siphon

Để dự đoán hiệu quả xối rửa của các sản phẩm bồn cầu vệ sinh kiểu siphon trước khi sản xuất hàng loạt, một mô phỏng số cho dòng chảy nhiều pha 3D theo thời gian trong quá trình xối rửa của bồn cầu vệ sinh đã được thực hiện trên phần mềm ANSYS FLUENT.

Bồn cầu vệ sinh thường gồm thùng chứa nước, lỗ rìa, phễu và vùng bẫy nước (trapway). Có hai kênh dẫn nước trong bồn cầu vệ sinh, là các kênh cho xả nước tới lỗ rìa qua rìa bồn cầu và một kênh để cấp nước trực tiếp tới vùng bẫy nước (trapway) qua ống chữ U ngược. Phân chia dòng chảy qua hai kênh là yếu tố rất quan trọng xác định hiệu quả xối rửa của ống siphon và phễu. Khi lưu lượng dòng chảy qua rìa thấp hay vận tốc nước thấp, lực làm sạch của phễu cũng kém. Ngược lại, khi lưu lượng dòng chảy tới phễu được tăng thông qua lỗ rìa, sẽ khó để đáp ứng các điều kiện để tạo siphon trên bẫy trapway. Vì thế, phân bố dòng chảy hợp lý giữa hai kênh của bồn cầu vệ sinh là quan trọng cho tối ưu hóa hiệu quả của nó.


Kiểu bồn cầu dạng siphong thông thường

Giải pháp
Để dự đoán hiệu quả xối rửa của các sản phẩm bồn cầu vệ sinh kiểu siphon trước khi sản xuất đại trà, mô phỏng số cho dòng chảy nhiều pha 3D trong quá trình xối rửa của bồn cầu vệ sinh kiểu siphon đã được thực hiện bằng ANSYS Fluent.
Mô hình hình học (CAD) của bồn cầu thương mại dạng phễu siphon có lỗ rìa được xử lý và đơn giản hóa, sau đó được rời rạc hóa thích hợp với phần mềm chia lưới ANSYS Meshing. Lưới được tạo ra là lưới không cấu trúc tứ diện với độ mịn tập trung gần tường.

Các điều kiện đầu được thiết lập tương tự điều kiện hoạt động thông thường: Thùng chứa đầy nước; một phần siphon và phễu được điền đầy bằng khoảng 0,8 lít nước; phần còn lại của miền tính toán là không khí. Ban đầu, nước trong thùng chảy tự do xuống phễu do ảnh hưởng của trọng lực.

Dòng chảy trong bồn cầu được giả thiết chỉ có 2 pha: nước và không khí. Các tác động trọng lực được tính đến bởi tầm quan trọng của nó trong hoạt động của bồn cầu. Cả không khí và nước được xem là chất lưu không nén được. Hiện tượng Coriolis không được tính đến, có nghĩa là bồn cầu được đặt ở vị trí vĩ độ 0 độ. Với trường hợp này, dòng chảy bên trong bồn cầu được mô phỏng để thu được kết quả hình ảnh phân bố đồng mức áp suất (contour), tỷ lệ thể tích nước và trường vận tốc.


Đồng mức áp suất trên mặt đối xứng


Đồng mức phân bố tỷ lệ pha trên mặt đối xứng


Trường vận tốc không khí ở mặt đối xứng

Một thách thức lớn hơn cả là mô phỏng ứng xử của vật giả trong bồn cầu. Chúng tôi sử dụng kết hợp các giải pháp và bộ giải cao cấp từ Fluent: Lưới động, sáu bậc tự (6DOF) cho vật rẵn tuyệt đối, Hàm người dùng định nghĩa (UDF) và tính năng phát hiện tiếp xúc. Bộ giải 6DOF tính các ngoại lực và mô men (như các lực và mô men khí động lực học và trọng lực) trên các vật giả rắn chuyển động (rắn tuyệt đối). Do chuyển động của vật giả là phức tạp nên chúng tôi cần sử dụng UDF. Trong UDF đó là một file ngôn ngữ C, chúng tôi sử dụng macro DEFINE_SDOF_PROPERTIES để xác định các đặc tính tùy biến của các đối tượng chuyển động cho bộ giải 6DOF trong Fluent. Gồm có khối lượng, mô men và tích quán tính.
Khi nước được xối ra, vật giả sẽ chuyển động theo nước. Cần một bộ giải lưới động lực học để biểu diễn sự thay đổi vị trí của vật giả và nó sẽ tiếp xúc với ống siphon trong quá trình chuyển động. Bộ giải phát hiện tiếp xúc được sử dụng để phát hiện nếu lưới tính toán chuyển động có gây ra tiếp xúc với bề mặt xung quanh khác hay không.

Lợi ích cho khách hàng

  • Giảm chi phí - Giảm số mẫu thử trước khi sản xuất hàng loạt
  • Tăng độ tin cậy - thiết kế mới được thử nghiệm đảm bảo hoạt động tin cậy
  • Giảm thời gian ra thị trường - rút ngắn 30% thời gian thiết kế và phân tích sản phẩm.

LIÊN HỆ

VĂN PHÒNG GIAO DỊCH:
Tầng 8, số 1 Đỗ Hành, Q.Hai Bà Trưng, Hà Nội
Tel: (84-24)36 649 066 Fax: (84-24)39 727 464
Email: info@advantech.vn

HỖ TRỢ KỸ THUẬT:
Email: support@advantech.vn

Họ tên
E-Mail