新技術(shù)為設(shè)計(jì)高效率泵帶來曙光

　　泵是一種通用機(jī)械，也是人類發(fā)明最早的將自然轉(zhuǎn)換成有用功的機(jī)械之一。曾經(jīng)日本對泵的能源消耗進(jìn)行了可信的統(tǒng)計(jì)，其結(jié)果表明泵在能源消耗方面出乎預(yù)料地占全國總發(fā)電量的1/4。泵在機(jī)電產(chǎn)品中數(shù)量僅次于電機(jī)的在國民經(jīng)濟(jì)中廣泛應(yīng)用的主要通用機(jī)電產(chǎn)品。

　　盡管如此，人們對泵內(nèi)流動(dòng)了解并不充分?；蛘哒f，人們還無法完全把握其流動(dòng)規(guī)律。正如著名的天文學(xué)家開普勒所感慨的一樣：看來研究星球的運(yùn)動(dòng)軌跡似乎比了解我們身邊的水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡要簡單的多。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(jì)，至今仍然有關(guān)于泵進(jìn)口流動(dòng)的一些錯(cuò)誤觀點(diǎn)。

　　泵現(xiàn)有的常用設(shè)計(jì)方法是（1）模型換算法，（2）速度系數(shù)法。這兩種方法都是以現(xiàn)有成功經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的一種借鑒方式的設(shè)計(jì)方法，往往難以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有模型和一些傳統(tǒng)觀念的束縛。

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

　　三元流設(shè)計(jì)方法逐步進(jìn)入水泵產(chǎn)品的實(shí)用階段，給提升泵設(shè)計(jì)水平、生產(chǎn)高效率的泵類產(chǎn)品帶來了曙光。 CFD也叫流體的數(shù)值模擬，它是使用計(jì)算試驗(yàn)的方法來模擬真機(jī)或者模擬機(jī)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。可進(jìn)行流體機(jī)械的開發(fā)設(shè)計(jì)、性能改善、環(huán)境預(yù)測，還可解釋流體間復(fù)雜的湍流現(xiàn)象，模擬許多難以再現(xiàn)、測定困難的流動(dòng)現(xiàn)象。

　　CFD首先將實(shí)在的流體建立成數(shù)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(shù)值計(jì)算方法將這些方程式改寫成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的代數(shù)方程式，這些計(jì)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(jù)具體方程的不同特點(diǎn)，采用不同的計(jì)算方法。經(jīng)過此階段，微分方程式轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢苑磸?fù)運(yùn)算的單純的四則運(yùn)算問題，接著用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行計(jì)算得到計(jì)算結(jié)果。

　　這種設(shè)計(jì)方法不僅可以大大的縮短泵的設(shè)計(jì)周期，而且可以減少泵的試驗(yàn)次數(shù)，從而大大的降低研發(fā)和生產(chǎn)的成本。 現(xiàn)在主流的CFD軟件有FLUENT、START－CD、PHOENICS、FLOWTAX等。我國越來越多專家學(xué)者們開始從事CFD研究并取得了可喜的成績。隨著CFD的不斷深入和軟件易用化，CFD必將給泵設(shè)計(jì)效果帶來一次飛躍。