新技術(shù)為設計高效率泵帶來(lái)曙光

　　新技術(shù)為設計高效率泵帶來(lái)曙光

　　泵是一種通用機械，也是人類(lèi)發(fā)明最早的將自然轉換成有用功的機械之一。曾經(jīng)日本對泵的能源消耗進(jìn)行了可信的統計，其結果表明泵在能源消耗方面出乎預料地占全國總發(fā)電量的1/4。泵在機電產(chǎn)品中數量?jì)H次于電機的在國民經(jīng)濟中廣泛應用的主要通用機電產(chǎn)品。

　　盡管如此，人們對泵內流動(dòng)了解并不充分?；蛘哒f(shuō)，人們還無(wú)法完全把握其流動(dòng)規律。正如著(zhù)名的天文學(xué)家開(kāi)普勒所感慨的一樣：看來(lái)研究星球的運動(dòng)軌跡似乎比了解我們身邊的水的運動(dòng)規律和軌跡要簡(jiǎn)單的多。斯捷潘諾夫提出的泵進(jìn)口流動(dòng)符合最小阻力原理就在學(xué)術(shù)界爭論了近半個(gè)世紀，至今仍然有關(guān)于泵進(jìn)口流動(dòng)的一些錯誤觀(guān)點(diǎn)。

　　泵現有的常用設計方法是（1）模型換算法，（2）速度系數法。這兩種方法都是以現有成功經(jīng)驗為基礎的一種借鑒方式的設計方法，往往難以實(shí)現現有模型和一些傳統觀(guān)念的束縛。

　　在我國知名的流體動(dòng)力專(zhuān)家吳仲華先生創(chuàng )立葉輪機械的三無(wú)流動(dòng)理論之后，泵的三無(wú)流引起了研究者的重視并開(kāi)始應用于泵的改進(jìn)計算中。 但是，泵的三元流動(dòng)計算對幾乎所有的泵制造廠(chǎng)的設計師們來(lái)說(shuō)是高不可攀的。直到日新月異的計算機發(fā)展和研究者們的不斷深入，計算機技術(shù)和流體力學(xué)相互結合一門(mén)新興的科學(xué)―――CFD（計算流體動(dòng)力學(xué)）的建立，同時(shí)一些軟件公司在CFO領(lǐng)域中開(kāi)發(fā)出功能強大的商用軟件，這樣即使設計人員對編程不很熟悉，也可以運用這些功能強大的商品軟件，服務(wù)于液體的設計。

　　三元流設計方法逐步進(jìn)入水泵產(chǎn)品的實(shí)用階段，給提升泵設計水平、生產(chǎn)高效率的泵類(lèi)產(chǎn)品帶來(lái)了曙光。 CFD也叫流體的數值模擬，它是使用計算試驗的方法來(lái)模擬真機或者模擬機組的流動(dòng)情況，充分把握流體動(dòng)力學(xué)的特性從而研究其性能及各種特性?？蛇M(jìn)行流體機械的開(kāi)發(fā)設計、性能改善、環(huán)境預測，還可解釋流體間復雜的湍流現象，模擬許多難以再現、測定困難的流動(dòng)現象。

　　CFD首先將實(shí)在的流體建立成數學(xué)模型（比如紊流模型、多相流模型、粘彈性流模型等），并用微分方程式和輔助的方程式進(jìn)行表示，再用數值計算方法將這些方程式改寫(xiě)成計算機能識別的代數方程式，這些計算方法包括：差分法、有限元素法、境界積分法、矢量法、渦法等等，根據具體方程的不同特點(diǎn)，采用不同的計算方法。經(jīng)過(guò)此階段，微分方程式轉變?yōu)榭梢苑磸瓦\算的單純的四則運算問(wèn)題，接著(zhù)用計算機來(lái)進(jìn)行計算得到計算結果。

　　這種設計方法不僅可以大大的縮短泵的設計周期，而且可以減少泵的試驗次數，從而大大的降低研發(fā)和生產(chǎn)的成本。 現在主流的CFD軟件有FLUENT、START－CD、PHOENICS、FLOWTAX等。我國越來(lái)越多專(zhuān)家學(xué)者們開(kāi)始從事CFD研究并取得了可喜的成績(jì)。隨著(zhù)CFD的不斷深入和軟件易用化，CFD必將給泵設計效果帶來(lái)一次飛躍。