张晶 张伦 陈洪刚
杭州新安江工业泵有限公司 浙江杭州 311606
摘要：随着经济社会的持续快速发展，石油化工、航空航天等事业迎来了前所未有的重大发展机遇，对磁力泵的设计与应用提出了更高要求，如何采取有效方法与策略，切实提升磁力泵优化设计效果，成为业内广泛关注的焦点课题之一。基于此，本文首先介绍了磁力泵的基本内容，分析了磁力泵优化设计问题，并结合相关实践经验，分别从几何模型建立及网格划分等多个角度与方面，对基于CFD分析的磁力泵优化设计展开了深入探讨，阐述了个人对此的几点浅见，望对磁力泵优化设计及应用有所裨益。
关键词：CFD分析；磁力泵；优化设计；方法对策
引言
当今社会，经济发展质量显著提高，经济发展规模不断扩大，使磁力泵优化设计面临着更多的不确定性因素，只有采取行之有效的优化设计方法，精准把握磁力泵优化设计的各项关键环节与要点，才能充分挖掘与彰显磁力泵的整体应用性能。本文就此展开了探讨。
1磁力泵简述
磁力泵是现代工业生产及加工制造行业必不可少的关键器械部件之一，主要由泵头、磁力传动器、电动机等部分构成，通过采用隔离套对流体进行封闭，利用静密封来代替动密封，实现动力的无接触传递，在实践中扮演着不可替代的重要角色。自诞生至今，磁力泵经历了较为漫长而曲折的发展进程，结构设计及应用价值相应提高，在经济性与可靠性等方面取得了质的突破与飞跃[1]。长期以来，国家相关部门高度重视磁力泵的优化设计，在设计标准规范建设、设计过程控制、设计效果评价等方面制定并实施了一系列重大方针政策，为基于CFD分析的磁力泵优化设计实践提供了基本遵循与方向引导，在磁力泵设计及应用领域取得了令人瞩目的现实成就，积累了丰富而宝贵的实践经验，为新时期高质高效地推进石油化工等行业快速发展注入了强大动力与活力。同时，磁力泵的广大应用单位及科研机构同样在创新磁力泵优化设计方法，优化磁力泵优化设计步骤等方面进行了大量卓有成效的研究与探索，使磁力泵的应用性能状态更加符合国家环境保护及生态安全等方面的现实需求。上述背景下，深入探讨基于CFD分析的磁力泵优化设计问题，具有极为深刻的现实意义。
2磁力泵优化设计分析
2.1磁力泵设计参数分析
在现代经济社会发展环境下，磁力泵的应用环境与强度变得相对复杂，对磁力泵的各项技术参数构成了严峻挑战与考验，在CFD模式下更需对磁力泵的设计参数做出针对性分析。通常情况下，磁力泵优化设计中的相关设计参数主要包括：磁力泵流量、扬程、转速、总效率、进口压力、工作温度、颗粒浓度、颗粒直径、运动粘度等等，上述不同的设计参数在磁力泵优化设计中分别承担着不同的现实职能，所体现出的应用性能存在显著差异，需分别作出优化分析与处理[2]。
2.2结构设计
现代科学技术的快速发展，为基于CFD分析的磁力泵优化设计提供了更为丰富的技术手段，使得传统模式下难以完成的优化设计任务具备了更大的可行性。在当前设计模式下，需要针对磁力泵具体构成要件的不同，选择不同的运转电机。为提高磁力泵运行过程中的稳定性与可靠性指标，应选择耐磨、耐腐蚀、抗压抗剪性能较好的不锈钢材料制作各类过流部件。部分情况下，磁力泵的比转速相对较低，因此可选择扭曲叶片闭式叶轮及肘弯形吸入室。
2.3水力设计
基于CFD分析的磁力泵优化设计中的水力设计主要包括叶轮水力设计、吸入室水力设计、压出室水力设计等方面[3]。
叶轮水力设计通常根据叶轮直径等参数指标采用速度系数法进行设计，并采用方格网保角变换法实施叶片绘形；吸入室水力设计则应充分考虑与磁力泵相配合使用的管道特点，提高磁力泵与周边辅助构件之间的衔接性与连接性；压出室水力设计主要应克服震动、噪音、磨损等现象，调节控制径向力的起伏波动变化，使其整个运行过程符合磁力泵的总体设计要求。
3基于CFD分析的磁力泵优化设计探讨
3.1几何模型建立及网格划分
在CFD分析环境下，需要首先对磁力泵进行几何建模，建模所需要的技术参数应根据磁力泵的实际设计标准与要求综合设定。在现代软件系统的支持下，基于CFD分析的磁力泵优化设计实现了由二维模型向三维模型的转变，可在非结构化的四面体网格中对磁力泵优化设计模型做出精准化优化调整，为网格文件边界条件的自定义及后期输出提供了良好条件。为提高CFD分析与计算的整体性，可对磁力泵的不同过流构件采取不同网格连接模式，在特定网格划分数量的基础上，对磁力泵优化设计的细部节点部位做出精细化处理。
3.2控制方案
为提高磁力泵优化设计的针对性，必须根据磁力泵内部流动分析计算的结果，设定具备一定幅值偏离系数的控制方案，对各类技术参数数据做出离散化处理。在控制方案形成过程中，除了需要建立准确反映压力与速度关系的校正方程外，还应计算分析伪数值震荡，必要情况下对各网格的相关数据进行往返重复计算，剔除参考价值较低、可信性较差的数据，获取局部时间步长、光顺残差等数值[4]。在牛顿流体非定常流动控制方程中，应对连续性方程与动量方程进行分别定义，使标准涡流模型准确反映平均速度、等效压力、粘性系数等参数之间的关系。
3.3边界条件设置
基于CFD分析的磁力泵优化设计需要设置必要的边界条件，对优化设计的数据模型进行有效约束。一般情况下，边界条件设置中的出口与进口应充分考量磁力泵压出室中流体动力状态，并根据压出室的实际工况需求设置自由出流条件。磁力泵的壁面可采用绝热无滑移边界条件，与叶片连接的前后盖板可设为“转动”模式。由于边界条件设置对于磁力泵优化设计的最终效果具有直接影响，因此必须强化该过程的质量意识，将连续性、流动性、耗散率等参数指标融入其中。
3.4数值模拟及性能分析
基于CFD分析的磁力泵优化设计需要对不同转速状态下的各项运行参数进行数值模拟，得出各个工况条件下磁力泵的内流场分布及性能预测结果。相关研究表明，在加速与流速转弯时，磁力泵的介质绕流叶片头部会出现一定程度的损耗状态，也叶片表面靠近进口区域出现一小部分低压区，压力随进口到出口距离的提高而骤增，压力梯度变化相对均衡。在此基础上，根据磁力泵数值模拟计算结果，对磁力泵进出口的静压值、输入总扭矩、最大径向力等做出比对分析，使其满足设计要求[5]。
4结语
综上所述，受设计方法、设计过程、效益评价等方面要素的影响，当前磁力泵优化设计实践中依旧存在诸多方面的薄弱环节与不足之处，阻碍着其优化设计效果的优化提升。因此，有关人员应该从磁力泵优化设计的客观实际需求出发，充分遵循CFD分析的基本原理与规律，创新磁力泵优化设计基本原理与规律，创新设计方式方法，强化设计过程控制，为提高磁力泵整体设计效果奠定基础，为保障经济社会各项事业健康发展保驾护航。
参考文献：
[1]薛宽荣，张俊峰.浅谈聚磁参数对直流电磁泵磁场分布影响的数值模拟分析[J].石油化工设备技术（下旬刊），2019（22）：153-155.
[2]王建伟，赵家文，李德生.现代磁力泵冷却循环回路的设计及数值模拟建立分析[J].设备管理与维修，2019（11）：130-131.
[3]杨国来，屠可可.浅谈钕铁硼永磁电机防高温失磁技术的应用路径研究[J].河北工程大学学报（自然科学版），2019（06）：115-116.
[4]陈存东，张力伟.新时期磁力泵在醋酸系统中的应用及故障分析[J].化工设备与管道，2019（07）：225-226.
[5]张子锋，李世伟，唐飞军.基于模糊控制理论的磁力泵滑动轴承磨损监测装置设计方法[J].机械设计与制造工艺，2019（05）：122-123.