[摘 要]本文基于理论推导与UG NX8.5高级仿真两种方法研究简单管路水利短管自由出流与淹没出流的流量关系，对研究结果进行比较，对其一致性进行验证。
　　[关键词]伯努利方程；自由出流；淹没出流；UG流体仿真
　　中图分类号：TV131.66 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）33-0125-02
　　1.基于理论推导的简单管路水利短管的自由出流与淹没出流的水力计算
　　1.1 短管的自由出流的水利计算
　　1.3 短管的自由出流与淹没出流的流量比较
　　淹没出流的流量系数与自由出流的流量系数计算公式不同，但数值上是相等的。因为自由出流时，出口有速度水头无局部水头（），而淹没出流时出口无速度水头但有局部水头，其系数为=1（）。因此，但由于淹没出流时水头降低，所以
　　2.基于UG 的简单管路水利短管的自由出流与淹没出流的流体仿真
　　2.1 短管的自由出流的仿真
　　（1）创建流体分析计算域。在UG建模环境下，建立水池和管流的模型。然后通过拉伸和简化体命令，最终得出流体分析的计算域。
　　（2）创建有限元模型。进入UG 的高级仿真环境，在新建FEM命令，选择NX Thermal/Flow模板，在分析类型中选择流，即可进入创建有限元模型的环境。
　　（3）指派材料属性及划分网格。给计算流域指派材料为water，创建3D网格收集器。对计算流域创建3D四面体网格，单元格大小为50mm。观察模型发现短管部分计算流域网格划分太过粗糙。对于运动情况较复杂的流体，如果运动较为紊乱，则流体与壁面接触区域必须要比较精细，一则是为了分析的精确性；二则为了后处理的需要。如果分析要求较高，考虑到流体的粘性，必须要在壁面上设置边界层，还要划分网格。对于本文的模型，短管入口处及短管转折处流动较为紊乱，且短管空间比较狭小，运动轨迹在转折处变化较为剧烈，因此必须对短管进行细化。采用网格控制命令对短管的网格进行细化，选择短管计算流域网格大小为8mm。然后对有限元模型进行更新，模型细化之后网格如图3所示，网格中的单元数为12779，网格中的节点数为21712。对有限元模型网格进行检查，0个失败，0个警告，网格划分符合要求。
　　（4）创建仿真模型与解算方案。在fem文件的基础上新建sim文件，在模板列表中选择NX Thermal/Flow，默认其他的选项设置。在解算方案栏下保持求解器为NX Thermal/Flow，分析类型选择流，解算方案类型选择高级流，湍流类型设置为SST-剪切应力传输，解算方案类型为稳态分析，在条件环境里面对重力方向设置为Y轴负方向，保持其他选择不变。
　　（5）施加边界条件和约束。选择仿真导航器里面选择sim节点作为工作部件，在流边界条件对话框里，设置水池上表面类型为入口流，模式为升压，表达式为1.2atm，外部条件为环境光。然后，选择短管右端面，设置其类型为开口，其他保持默认设置。
　　（6）方案求解及后处理。对方案进行求解，得到速度云图，如图4所示。利用结果测量命令对流速进行提取，结果如表1。
　　2.2 短管的淹没出流的仿真
　　仿真过程可以参照自由出流方法，这里只对不同之处进行说明。网格划分结果如图5所示，网格中的单元数为15464， 网格中的节点数为26097，网格检查结果符合要求。施加流体边界条件，左边水池上表面施加边界条件与自由出流相同，左边水池上表面设置类型为开口。
　　对方案进行求解，得到速度云图，如图6所示。利用结果测量命令对流速进行提取，结果如表2所示。
　　2.3 短管的自由出流与淹没出流的流量比较
　　通过对表1和表2的平均速度对比，可以发现自由出流的平均速度要大于淹没出流的平均速度。由于水利短管尺寸、形状在上述仿真中没有变化及各个截面面积没有变化，则由公式，可得。
　　3.结语
　　由上述论证可知，无论是理论推导还是UG流体仿真都是自由出流的流量要大于淹没出流的流量，两种方法结果相一致。
　　参考文献
　　[1] 毋虎成，聂静.矿山运输及固定机械选型设计指导（下）.北京出版社[M].，2008.
　　[2] 胡仁喜，康士廷.UGNX8.5动力学与有限元分析从入门到精通.机械工业出版社[M].，2014.
　　[3] 沈春根，王贵成，王树林.UGNX7.0有限元分析从入门与实例精讲.北京：机械工业出版社[M]，2010.
　　[4] 刘婕.流体机械.北京：煤炭工业出版社[M]，2012.
　　作者简介
　　朱红波，男，1981年出生，本科，毕业于河南理工大学机械设计制造及其自动化专业，从事机械方面教学及研究。