【正文】 持續(xù)幾年，且已獲得了一些成果。江蘇大學研制的高效率磁力驅(qū)動泵，為以后的研究提供了一些設計方法。香港Fnayu研發(fā)出一種新的軸承材料FC50[45]，通過冷卻循環(huán)的方式使這種材料有很好的耐磨性能且可以平衡軸向力，進而抵消掉軸向力。Refs.[711]通過使用ANSYS來模擬磁耦合效率，從而提高了磁力驅(qū)動泵的效率。RIKKE，等[12]，通過采用大渦模擬的研究來模擬葉輪內(nèi)部流場在不同的操作條件下的流場分布研究。北野[13]通過模擬離心泵的不穩(wěn)定的流量來研究到當葉輪和泵室在不同的相對位置時的壓力和速度分布。BENRA[14]通過模擬單葉輪離心泵的周轉(zhuǎn)速率分配以及與PIV測試結(jié)果的比較可證明仿真模擬的思路是可行。許多研究人員通過計算流體力學（CFD）來研究和分析泵內(nèi)流場。為了更深一層次的研究磁力泵的性能，本論文采取3維湍流模型模擬磁力泵內(nèi)部不同的轉(zhuǎn)速。已經(jīng)獲得了葉輪和葉殼中壓力和速度的分布；討論了在正常速度和高速下水頭的效率和熱量損失。通過模擬與實驗的比較表明，模擬方法是可行的。在本論文中，F(xiàn)LUENT用于模擬磁力驅(qū)動泵在不同旋轉(zhuǎn)速率時的內(nèi)部流場；以及內(nèi)部流場的速度和壓力的分布且取得了一些成績。通過計算不同熱量損失來獲得泵的效率。進而測試得到磁力泵的不同旋轉(zhuǎn)速率，結(jié)果表明模擬方法是可行的，它為設計高速磁力驅(qū)動泵提供了一些方法。2參數(shù)和結(jié)構(gòu)設計參數(shù)和結(jié)構(gòu)分別列于表1和圖1：表1磁力驅(qū)動泵的參數(shù)圖1 磁力驅(qū)動泵的結(jié)構(gòu)1套管 2葉輪 3內(nèi)部耦合 4隔離罩 5指導軸承 6外部耦合3內(nèi)流場仿真流體中的磁力驅(qū)動泵遵循物理守恒定律。它必須滿足質(zhì)量守恒，動量定律和節(jié)約能源。泵的流量應該是三維的，穩(wěn)定且不可壓縮的。因此，連續(xù)性方程和NS方程根據(jù)布西奈斯克的假設，表達式（1）；其中：標準方程適用于模擬復雜的三維湍流。方程表示式（2）：其中，，和是湍流模型系數(shù)，。Pro / Engineer被用于構(gòu)建葉輪和蝸殼的三維模型。Gambit被用于將模型與三角網(wǎng)格嚙合在一起。網(wǎng)格進行了檢查和輸出。 模型如圖2所示，柵格的數(shù)量列于表2。圖2網(wǎng)磁力驅(qū)動泵領域4. 仿真結(jié)果及分析圖3（a）顯示，處于正常旋轉(zhuǎn)速度的磁力驅(qū)動泵，流體在葉輪中的絕對速度隨著渠道半徑的增長而增長；甚至絕對速度分布在同一個周期內(nèi)；在葉輪出口處絕度速度達到了最大值；當流體經(jīng)過IIX部分時，渦螺殼中流體的絕對速度逐漸降低，在渦螺殼的出口處流體的絕對速度達到最小。圖3（b）所示處于高速旋轉(zhuǎn)的磁力驅(qū)動泵，葉輪中流體的絕對速度隨著通道半徑的增加而增加；微分速度圓周的分布變的不均勻，從而導致渦旋；渦流的產(chǎn)生使得渦螺殼中絕對速度的分布變的不均勻；高速磁力泵中的I和VI部分中的渦流比那些處于正常速度的磁力泵更大。圖3 絕對速度分布磁力驅(qū)動泵（M?S1）圖4（a）顯示，處于正常速度的磁力驅(qū)動泵，葉輪中流體的相對速度隨著葉輪半徑的增加而增加，并在葉輪出口處達到最大值；渦流出現(xiàn)在渠道的最后，這是蝸舌相當密集的地方。由圖4（B）可知，在高速磁力驅(qū)動泵中，流體的相對速度隨著葉輪半徑的增加而增加；軸向旋渦出現(xiàn)在進葉輪的附近和并且延伸到蝸殼中。圖4 相對速度的分布磁力驅(qū)動泵（M?S1）在通道的表面壓力作用下，吸力面相對速度的差異引起軸向旋渦。高速磁力驅(qū)動泵比正常速度的磁力驅(qū)動泵的渦流為密集，因為高速磁力驅(qū)動泵的速度差大于正常速度的磁力驅(qū)動泵。圖5（a）表明，正常高速磁力驅(qū)動泵，流體總壓力隨葉輪半徑增加而遞增，達到最大值，最終保持穩(wěn)定后的液體進入蝸殼。總壓力的方向分布呈環(huán)形，工作面的壓力稍大背面。圖5（b）表明，高速磁力驅(qū)動泵流體總壓力在圓周方向上的不平衡，高壓出現(xiàn)在一些葉輪半徑的增量變化大的區(qū)域；在工作面附近的壓力和吸力是相當高的，而且在附近的高壓蝸舌非常明；總壓力變化是因為渦流不平衡，相對速度也有差異，在漩渦中心的壓力低，而漩渦兩側(cè)是相當高的。圖5 總壓分布磁力驅(qū)動泵（MPA）短葉片可應用于高速磁力驅(qū)動泵，以減少通道的寬度，以紓緩渦流，短葉片應配備在漩渦容易發(fā)生區(qū)域。圖6所示為高速磁力驅(qū)動泵在蝸殼的靜壓分布，即使如此，對于正常速度的磁力驅(qū)動泵，高壓出現(xiàn)在蝸舌區(qū)域，對于高速磁力驅(qū)動泵，從Ⅰ到Ⅵ節(jié)，低靜壓出現(xiàn)旋渦，低靜壓區(qū)域擴大，最后Ⅵ一節(jié)和靜壓力保持相對穩(wěn)定。圖7所示為高速磁力驅(qū)動泵總渦流壓力分布；對于正常速度磁力驅(qū)動泵，高壓之間出現(xiàn)Ⅰ段和Ⅱ段。而對于高速磁力驅(qū)動泵，總壓的分布在第Ⅰ和第Ⅴ部分之間，低壓區(qū)出現(xiàn)Ⅵ節(jié)后面。圖6 靜態(tài)分布的蝸殼磁力驅(qū)動泵（MPA）圖7 共有渦壓力分布磁力驅(qū)動泵（MPA）5 性能分析表示式（4）：其中 ——出口總壓力（PA）， ——在進口總壓（PA）， ——入口和出口之間的高度差（m）。輸入功率（kW）通過葉輪和輸出功率表示式（5）：其中 M——轉(zhuǎn)矩(N ? m), ——葉輪的角速度 (rad/ s), ——流體密度水力效率（）表示式（6）：磁力驅(qū)動泵，流體的一部分，應該作為冷卻液循環(huán)。容積效率（）表示式（7）：其中 q——冷卻液循環(huán)流動。磁力驅(qū)動泵，摩擦損失包括圓盤葉輪罩和端面摩擦的損失，以及內(nèi)耦合損失和表面摩擦損失。摩擦損失（）表示式（8）：其中 ——內(nèi)轉(zhuǎn)子的摩擦力矩(N ? m), ——內(nèi)轉(zhuǎn)子的速度(rad/s)。軸承功率損失表示式（9）：其中 P——軸功率。機械效率（）表示式（10）：磁耦合，而不是機械耦合，適用于磁力驅(qū)動泵。因此，磁耦合效率（）必須考慮在計算泵效中。當流量為時，從公式計算得出，正常速度和高速的磁力驅(qū)動泵的揚程和效率如表3所示。表3 正常速度的性能參數(shù)和高速磁力驅(qū)動泵結(jié)果表明，高速磁力驅(qū)動泵的流場和這些在正常速度的磁力驅(qū)動泵的渦流均是分布不均勻的。通過仿真計算，高速磁力驅(qū)動的液壓效率為86％，而81％為正常速度的磁力驅(qū)動泵的效率。因此，增加的速度可提高泵的效率，這可以允許使用一個小葉輪半徑，并且降低一個小葉輪圓盤的摩擦損失和蝸殼流損失。對于低比轉(zhuǎn)速離心泵，圓盤摩擦損失是在泵的功率損失中最大的電力損失，而且會大大減少葉輪半徑，因為葉輪的外半徑與圓盤摩擦損失是成正比的；水力損失僅僅是一個小部分的損失，因此水力損失的增量比圓盤摩擦損失少。表3表明，改善泵效，泵的效率和葉輪效率相當?shù)停髁啃〉臅r候，電機輸入功率主要消耗在葉輪。當流量增加時，葉輪效率增加，但圓盤摩擦損失、泄漏損失和蝸殼上的損失也隨之增加。6測試和比較CJRB870和GCB870的性能曲線如圖8和圖9。圖8 性能曲線CJRB870圖9 性能曲線GCB870圖10顯示了一致的模擬結(jié)果與測試結(jié)果。CJRB870和GCB870的差顯示在不同流量點。圖10 比較CJRB870和GCB870表4 CJRB870和GCB870在不同的流點如圖11所示，模擬結(jié)果與測試符合結(jié)果。在不同的流量點CJRB870和GCB870存在效率差異，如表5所示。圖11 CJRB870和GCB870的效率比較表5 CJRB870和GCB870在不同的流點的效率差異7結(jié)論 （1）對于正常速度的磁力驅(qū)動泵，流體的絕對速度在葉輪通道的分布比較均勻，相對速度在蝸舌附近相當密集，最終導致對工作面的渦流總壓稍稍大于背面；（（2）對于高速磁力驅(qū)動泵，絕對速度在圓周方向的分布不均勻，導致軸向渦流由葉輪的入口附近，延伸到蝸殼；總壓力在圓周方向的分布是不均勻的，高壓力出現(xiàn)在流體的部分區(qū)域；通道盡頭的葉輪低，而工作壓力和吸力相當高，高壓力在蝸舌的附近是非常明顯的，這些都是高速磁力泵容易發(fā)生汽蝕的原因。（3）低轉(zhuǎn)速下離心泵圓盤的摩擦損失是在所有的功率損失中最大的。圓盤摩擦損失與第五功率葉輪半徑成正比，所以遞減的半徑將導致遞減的圓盤摩擦損失。因此，較高的速度可以允許使用一個小葉輪半徑，并確保較少的圓盤摩擦損失，以提高泵的效率。（4）常速磁力驅(qū)動泵和高速磁力泵的功率損耗和泵的效率計算是按照測試結(jié)果模擬得到。仿真結(jié)果表明，該計算方法和機組效率是可行的，結(jié)果是相當準確的。