(安徽省产品质量监督检验研究院 安徽合肥 230051)
摘要：CFD作为一种分析复杂水域中流体流动特性的工具，CFD技术在水泵中有较为广泛的使用，它可以研究水泵中的特点与特性，还能对水泵中的工作进行调整，并能优化相关设计等。本文对CFD的概念进行简介，同时研究其工作原理，以及相关的功能，并对其未来的发展做出展望。
关键词：水泵；性能测试；CFD应用
引言：随着信息化的深入，我国计算机技术的发展越来越快，计算流体动力学作为一种新型的计算方法，在一些大型设备中有显著的作用，这也使得其应用领域越来越广。利用计算流体动力学，可以将设备中的细节不断优化，例如，可以调节速度快慢，调整压力大小以及能量的消耗速度等。现阶段，计算流体动力学已经能够改变传统水泵的工作方式和分析方法。但计算流体动力学也存在一定的缺陷，在很多技术方面还没有彻底完善，再加上受到一些客观因素的影响，使得其结果不够准确。为此，应该合理、科学的使用CFD，将其发挥最大作用，确保工作有效展开。
一、计算流体动力学的功能与特点
CFD是英文Computational Fluid Dynamics的英文缩写，其翻译过来的意思为计算流体动力学。它通过电子计算机技术，将相应数值精准计算以及图像的现实。能够实现对设备的相关模拟与分析，从而能够分析出其物理量，例如，速度的快慢或压力的大小以及温度的变化等等，还能观测到相关变化情况[1]。
水泵计算流体动力学目前可以实现以下功能：（1）建立一个虚拟测试平台，计算流体动力学可以相对准确的预测出水泵全程的工作范围以及工作效率等，可以有效减少试验次数，缩短工作周期，降低开发成本。在部分企业中，相关技术人员已经可以将计算流体动力学与计算机辅助设计进行结合，进而能够更好的分析水泵设计，还能建立相应的分析系统。（2）将泵内流动实现可视化。计算流体动力学可以利用计算机技术实现泵内监视，将泵内的工作过程向相应人员进行展示，还可以生成相关动画，将其动态和速度运行进行演示。一些科学家在实验室很难做到的实验，可以通过计算流体动力学来实现。（3）将水泵的性能调整到最佳。计算流体动力学通过计算机对数据进行解析能够确定，流动分离以及进口出口的速度变化和压水室内的变化等。将影响水泵性能的因素进行调整，还能通过虚拟镜像看到水泵的一些细节变化，例如汽蚀、腐蚀等现象[2]。
计算流体动力学也有一定的缺陷，其一，跟其他解法大致相同，都是离散的计算方式。在计算过程中需要较高的要求，在物理、数学多个方面都有相应要求，必须做到符合相关要求，才能利用计算机技术运用离散的方法对数值进行解析，这种方法计算出来的数值与实际相比，必然会有一定的误差。其二，计算流体动力学与一些物理实验相比有较大的差异性，其并不是一开始就能获取泵内相关参数，需要利用数学模型对其进行验证，通过解析才能得到泵内参数。其三，在程序的编制以及资料收集中，过于依赖计算机相关技术，而且还要求有足够的经验与技巧，才能获得相对准确的数值，否则可能导致数值出现较大误差，在测量的同时还要考虑以上相关因素的影响[3]。
二、计算流体动力学的应用方式
在形成计算流体动力数学模型后，要通过形成模型出现问题再利用计算机进行解析，运用独特的计算模式，将数值计算出来。目前所选用的方法大多都是离散方法和空间离散风法等。
所谓计算模式就是利用C/S模式形成和发展特点来决定定常和非定常，单流向还是多流向。对于水泵的启动和关机以及生产过程进行分析，而且还要考虑相关因素的影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在水泵正常的工作下，只需要按照定常的公式来计算即可，而且在计算的过程中不需要考虑太多其他因素，这样可以极大的简化计算量。
在离散方法的使用过程中，是指离散的节点之间利用推到离散的运用公式来进行计算，涉及到相关的方法有限差法、有限元法、有限元体积法。现阶段在计算流体动力学中有限体积法使用的相对较多，而且计算精确度相对较高。
空间离散格式是指在空间域上建立散方程的穿插方式，通常使用的有一节迎风格式、二节迎风格式、快速格式等。在选择格式的过程中，一定要结合实际情况进行充分考虑，而且要将数值计算精确。现阶段，利用迎风格式的相对较多，因为其有较好的稳定，同时在计算的格式中，能够减少出现的误差。
时间格式是指在时间区域上利用积分进行控制所形成的格式，常用的有半隐式、全隐式等，虽然格式时间要求相对较长，但计算率相对较高，而且在计算的过程中需要对方程组进行解析。除此之外，时间格式在运用的过程中涉及到物理相关知识较多。
几何模型是指利用计算机对区域进行计算，利用计算流体动力学实现模型的构造。在实际的计算过程中，计算域往往需要物理知识的基础，而且还要再做延伸。计算网格的形成是通过计算域进行剖析形成小的单元格，单元的形式主要体现在三角形和平行四边形，而形成的三维问题是通过多种图形组合而成。所生成的网格主要分为结构化分为囊个和非结构化两种，从理论上而言，网格单元越小，则网格更加密集，其计算出的精确度更为准确。在实际的计算过程中，往往由于压力的影响，必须做出局部处理，才能得到较为准确的数据。
三、计算流体动力学的未来发展方向
现阶段关于计算流体动力学的产品已经有较为广泛的使用，而且随着科技的进步，相关产品还在不断的改造与创新，想必在未来也是水泵领域研究的重点对象，未来水泵计算流体动力学的发展方向主要分为以下几点：
（1）高适应性和高精确度。现阶段计算流体动力学还存在一定的局限性，受到各方面因素的影响，使得其结果不够准确。为此，需要作出调整，将计算模型和计算方法不断的改进，同时能够对不同数值的数据进行优化处理，找到不同水泵适应的计算方式。（2）高速度。目前水泵的计算流体动力学在计算过程中，需要的时间相对较长，即使运用配置最高的电脑配合上最快的网速，还是需要较长时间的等待。这说明计算方式过于依赖计算机的硬件解析能力，尤其是在算法研究方面，还需要不断完善。（3）易用性。目前的计算流体动力学在使用中，有较高的操作难度，其结构过于复杂，使用者必须拥有较高的使用经验才能使其发挥本能。相关人员应该注入智能化，使其操作简化。
结束语：计算流体动力学为分析水泵内部提供有效手段，其利用计算机的科技技术能够对水泵进行细节解析。同时其理论和方法也在逐步完善，在未来中必然会有更好的发展，能够推动我国的整体发展。
参考文献：
[1]王福军,黎耀军,王文娥,丛国辉,王利萍. 水泵CFD应用中的若干问题与思考[J]. 排灌机械,20015(05):5-14.
[2]苏晓芳,王次安,王宏大,雷蕾,张超. 某国V发动机冷却水泵气蚀分析与优化[J]. 内燃机与动力装置,2016,33(03):29-33.
[3]赵永智,刘德民,荀洪运. 基于CFD分析的水泵水轮机活动导叶优化设计[J]. 东方电气评论,2016,30(03):46-50.
论文作者:李明玉
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/15
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