在1998年的歌曲“ This Kiss”中，乡村歌手Faith Hill描述了她对自己所爱的人的感受。Hill想要尽快摆脱歌曲的主题，或者她混合了这个词离心和中心。我们将原谅20年历史的歌曲的不准确性 - 此外，当在广泛的行业中设计组件（例如用于汽车应用的离心泵），了解离心力的效果比在歌曲创作中更为重要。
什么是离心泵？
当在旋转的参考框架中查看时，离心力是一种惯性力，在物体围绕旋转轴移动时作用于物体。这种类型的力远离旋转轴。想象那些旋转游乐园之一的游乐设施之一，它会将您推向墙壁时，将您推向墙壁。（（向心力当一个物体以圆形运动移动时，需要对物体上的内部力来促进向内加速。）
如果Faith Hill将歌词更改为提及Centripetal Motion（左）而不是离心运动（右），那么这首歌将变得更有意义。
离心泵通过将旋转能量转换为流体动力能来移动流体，它依靠离心运动来运行。这些泵在许多行业和应用领域很常见，例如真空吸尘器和水，污水和天然气。
离心泵的基本操作需要三个主要步骤：
- 流体进入泵外壳，穿过叶轮叶片
- 流体随着速度和压力的增加而穿过叶轮进入扩散器
- 扩散器减慢流体流量，但增加了压力更多
典型的离心泵。伯纳德·贾斯（Bernard S. Janse）的图像 - 自己的作品。获得许可CC BY-SA 3.0， 通过Wikimedia Commons。
在comsol®软件中建模离心泵
使用搅拌机模块，一种附加产品CFD模块和comsolMultiphysics®软件，您可以对离心泵进行建模并分析其操作。这离心泵教程模型包括一个有用的演示，展示了如何使用冷冻转子近似设置此旋转机械模拟。
此示例中使用的离心泵是一个半蛋白叶轮，具有七个叶片和一个螺旋形的耐力。叶轮的外半径为10厘米，这是汽车应用的典型特征。为了分析泵的不同可能的配置，几何形状被高度参数化。
离心泵模型几何形状。
教程模型包括针对各种有用任务的分步建模指令，包括：
- 分区用于旋转和非旋转域的几何形状
- 通过参数分析查找泵曲线
- 挤出网格，入口通道和出口通道
- 定义高度参数化的几何形状
- 失败的几何形状
用于建模离心泵的专门功能
comsol®软件包括冷冻转子特别适合分析离心泵和其他类型的涡轮机械的功能。冷冻的转子近似基本上会在给定位置冻结泵的运动，从而使您可以在固定位置使用转子研究流场。
由Navier-Stokes和连续性方程式支配的冷冻转子近似对于节省计算时间和资源特别有用。离心泵的典型模型需要移动网格和浪费资源，以模拟静止状态和基本混合模式之间混合器的“启动”时期。冷冻转子方法假设泵的叶片相对于叶轮冷冻，并在周围的域中添加离心力。它还可以很好地估计泵的伪稳态状况。近似值可以用作完整模拟的初始条件，使您能够在时间步长的一小部分中找到最终解决方案。
专门的CFD功能使求解离心泵的复杂模型变得更加容易。
这代数多机（AMG）方法也可用于求解CFD模型在Comsol®软件中具有大型，详细且复杂的几何形状。此方法不需要不同级别的网格（实际上，仅需要一个网格）。该功能为在计算上非常昂贵且非线性的模型提供了可靠的解决方案。
看看模拟结果
运行模拟后，您可以将质量流探针绘制在离心泵的入口和出口处。在这里，入口和出口的值是相等的，这表明在质量保护中均未揭示任何可能存在的数值误差。几乎完美的质量保护表明，数值错误可能很小。下图中的“跳跃”表示入口处的总压力的变化。
通过查看压力和速度幅度分布（如下所示），您可以看到压力的上升和从径向向泵伏特的速度变化。
模型方程的解决方案产生泵性能曲线。该曲线是确定离心泵的设计是否适合给定应用的核心。泵的优化配置实现了三个主要目标：
- 最大效率
- 长期的生活
- 降低运营成本
为了扩展此模型，您可能需要考虑尝试不同的泵设计并运行形状优化研究。让我们知道下面的评论中的情况！
下一步
进一步的资源
在Comsol博客上阅读有关模拟离心泵和搅拌机的更多信息：乐动体育赛事播报
评论（1）
Polycab印度有限公司
2020年11月23日离心泵对于现代生活至关重要。它们确保为整个社区提供安全的水，并帮助生产我们为车辆供电所需的燃料。他们还在化学生产，医学研究以及食品和饮料行业中起关键作用。