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普通铸铁双立管排水系统通水能力数值模拟研究

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附表索引

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 建筑内排水系统分类

1.1.2 建筑内排水系统管道材质

1.1.3 建筑排水系统管通水能力研究现状

1.2 研究意义

1.3 研究内容

第2章 FLUENT模拟相关理论

2.1 流体动力学方程

2.1.1 质量守恒方程(连续性方程)

2.1.2 动量守恒方程(运动方程)

2.2 FLUENT前处理软件

2.2.1 模型建立

2.2.2 网格划分

2.3 离散化

2.3.1 有限体积法

2.3.2 离散格式

2.4 流场数值计算方法

2.4.1 耦合式解法

2.4.2 分离式解法

2.5 多相流基本模型

2.5.1 欧拉模型

2.5.2 VOF(Volume of Fluid)模型

2.5.3 混合(Mixture)模型

2.6 湍流基本模型

2.6.1 单方程(Spalart-Allmaras)模型

2.6.2 双方程模型

2.6.3 雷诺应力模型

2.7 壁面函数

2.7.1 标准壁面函数法

2.7.2 非平衡壁面函数法

2.7.3 增强壁面函数法

2.8 材料定义

2.9 初始条件

2.10 边界条件

2.10.1 速度入口边界条件

2.10.2 压力出口边界条件

2.10.3 壁面边界条件

2.11 后处理软件

第3章 实验装置和方法

3.1 排水系统理论

3.2 系统实验装置

3.3 系统通水能力测试方法

3.2.1 放水量计量方法

3.2.2 压力测试方法

3.2.3 通水能力判定标准

3.4 系统实验测试步骤

第4章 系统一实验以及模拟

4.1 系统一通水能力测试结果

4.2 系统一数值模拟过程

4.2.1 建立模型

4.2.2 划分网格

4.2.3 计算过程

4.3 系统一模拟结果

4.3.1 体积分数云图

4.3.2 压力云图和等压线图

4.3.3 流线图和速度云图

4.3.4 局部构件对系统通水能力的影响

4.4 小结

第5章 系统二实验及模拟

5.1 系统二通水能力测试结果

5.2 系统二数值模拟过程

5.2.1 建立模型

5.2.1 划分网格

5.2.3 计算过程

5.3 系统二模拟结果

5.3.1 压力云图

5.3.2 局部构件对系统通水能力的影响

5.4 小结

结论与建议

参考文献

致谢

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摘要

排水系统作为建筑中一个重要的辅助设备,其关系着整个建筑的使用功能以及人民的生活品质。本课题研究了国内外的建筑排水系统的现状和发展趋势,并且建立两套铸铁双立管系统(系统一:H管每层连接,系统二:H管隔层连接)。分别进行排水流量测试和FLUENT数值模拟,利用理论与实践相结合的方法对以下5个方面进行研究并得出结论:
  1.通过测试和模拟数据以及各个楼层的排水横支管的模拟压力云图验证铸铁双立管系统压力在高度上存在正负分区和动态零点,一般为上负下正。
  2.两套系统的数值模拟所得最大排水流量与测试数据所得结论相符合,系统一和系统二最大排水流量分别为8.01/s、6.01/s。FLUENT数值模拟应用在建筑排水系统上是很可靠的。
  3.45°斜三通构件中的45°弯头曲率半径对建筑铸铁双立管排水系统中相应区域的涡流现象有明显的影响,大的曲率半径可以很有效的改善该区域的涡流影响范围、湍流动能等,但同时会增加45°弯头的水平长度和垂直高度,在施工中有所局限。
  4.在铸铁双立管排水系统能够负担的排水流量范围内,底部构件(大曲率弯头)对该系统的压力波动有很大影响,尤其是对下面几层的正压有较大的改善,甚至会在底部排水横干管与第一个H管之间的立管区域出现负压。
  5.以系统二为例,将H管上移至排水横支管上方185mm处,研究H管的连接位置对系统内压力分布的影响。H管在横支管上方有助于降低正压,H管在横支管下方有助于改善负压。

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