人们对泵中的流动了解不够。换句话说,人们不能完全掌握它的流动规律。正如著名天文学家开普勒感慨的那样:研究行星的运动轨迹,似乎比了解我们周围的水的运动规律和轨迹要简单得多。斯捷潘诺夫提出的泵进口流量符合最小阻力原理,学术界争论了近半个世纪,至今仍有一些关于泵进口流量的错误观点。
现有的泵的常用设计方法有(1)模型替换法和(2)速度系数法。两种方法都是基于现有成功经验的设计方法,往往难以实现现有模型和一些传统观念的约束。
我国著名流体动力专家吴忠华创立叶轮机械“三无流”理论后,泵内“三无流”引起了研究者的关注,并开始应用于泵的改进计算。
然而,泵的三维流动的计算对几乎所有泵制造商的设计者来说都是高不可攀的。直到计算机的飞速发展和研究人员的不断深入,计算机技术与流体力学相结合的新科学CFD(计算流体力学)的建立,以及一些软件公司在CFO领域开发出强大的商业软件,使得即使是不熟悉编程的设计师也可以利用这些强大的商业软件为液体的设计服务。三元流设计方法已逐渐进入泵产品的实用阶段,为提高泵的设计水平和生产高效率的泵产品带来了曙光。
CFD也称为流体的数值模拟。它以计算试验的方式模拟真机或模拟机组的流动,充分掌握流体动力学的特性来研究其性能和各种特性。可用于流体机械的开发设计、性能改进和环境预测,还可以解释流体间复杂的湍流现象,模拟许多难以再现和测量的流动现象。
首先,CFD建立真实流体的数学模型(如湍流模型、多相流模型、粘弹性流模型等。),并用微分方程和辅助方程表示。然后,通过数值计算的方法将这些方程改写成计算机可以识别的代数方程。这些计算方法包括:差分法、有限元法、边界积分法、矢量法、涡量法等。根据具体方程的不同特点,采用不同的计算方法。过了这个阶段,微分方程就转化为简单的四则运算问题,可以反复运算。然后,用计算机计算结果。这种设计方法不仅可以大大缩短泵的设计周期,而且可以减少泵的试验次数,从而大大降低R&D和生产成本。