現代設計方法在水泵設計中的應用

袁霄 王俊華

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720105

摘要：本文從現代設計方法的特點著手，深入研究了現代設計方法在水泵設計中的應用。

關鍵詞：現代設計方法；水泵設計；應用

從上世紀六十年代起，一些新的技術與方法被應用于設計領域，這些方法即是現代設計方法。現代設計方法的研究對象主要是針對某個特定領域的研究方法，其主要是通過探究、分析并總結已經存在的方法，從而在此基礎上進行進一步的發掘和創造，得到新的設計方法。仿真技術、有限元法、計算機輔助（CAD）設計、優化設計、可靠性研究、動態設計、模塊化設計、價值工程、造型設計等都屬于現代設計方法。在水泵設計中，常用的計算流體動力學（CFD）以及相關的計算機輔助測試等研究手段也是現代設計方法中的關鍵所在。

1 現代設計方法特點

現代設計方法主要具有系統性、智能性、創新性、優化性、先進性、動態性以及計算機化的特點，其主要表現特征如下：

（1）現代設計方法具有一定的系統性。由于現代設計方法主要是通過系統工程的方法來解決相關的技術問題，因此其具備很強的邏輯性和系統性；

（2）現代設計方法具有一定的智能性。現代設計方法采用大量的綜合集成技術，其充分發揮了計算機高效、快速的集成特點，能夠在最快的時間內確定最優的參數和方案。

（3）現代設計方法具有一定的創新性。在現代設計方法中，創新意識是其精髓所在，其重點推行開拓創新，全力開發新產品。

（4）現代設計方法具有一定的優化性。現代設計方法提倡結合優化理論及方法，通過計算機實現產品的整體優化。

（5）現代設計方法具有一定的先進性。由于現代設計方法基本上都是采用較為先進的設計理念與手段，故而設計產品的質量和效率都有明顯提高。

（6）現代設計方法具有一定的動態性。除了常規的靜態分析，現代設計方法將載荷譜以及負載高等隨機變量納入了考慮范圍，因此，其可以實現動態多變量的最優化設計。

（7）現代設計方法基本上是計算機化的。現代設計方法通過計算機，科學、有效的實現了繪圖、設計、計算、分析以及改進等工作的一體化。

2 水泵設計中常用的現代設計方法

2.1 計算機輔助設計

計算機輔助設計方法大大減少了人們繁復勞動的工作量，其大大替代了傳統方法中工程師不得不手動完成的任務，其不僅解放了設計者，而且大大提高了產品研發的效率。就水泵設計研究而言，從最初的水泵 CAD 的研發，到現在的軟件開發與硬件條件有機融合，水泵設計越來越注重計算機輔助設計與計算機輔助制造的高度結合。到目前為止，在計算機輔助設計方法和套路方面，我國已經擁有一套適合自身條件的設計理念與系統。

2.2 CFD設計

為了提高研發效率、減少研發周期、節約研發成本，越來越多的專家、學者以及企業開始利用CFD方法進行水泵設計。 CFD方法為水泵設計提供了一個模擬仿真的平臺，其不僅能夠直觀清晰的觀察水泵內部，還能夠對水泵性能的好壞進行判斷。如圖1所示，其是利用CFturbo軟件完成的設計水泵流體域，圖2則展示通過ANSYS計算得到的泵出口壓力的脈動情況。

2.3 有限元分析

所謂有限元法，其主要是對結構進行空間離散，從而通過有限數量的、容易分析的小單元來表示分析的整體對象，各個單元之間則采用有限數量的節點進行連接。這種方法具有靈活性強的特點，通常情況下，只要結構劃分合理，其分析結果的可靠性都非常高。

2.4 優化設計

優化設計與最優化方法類似，它需要綜合考慮各類外界因素的影響，然后結合實際情況在滿足最高要求的同時，盡可能不損害水泵的其他性能。例如，希望實現高揚程，在確定葉輪切割尺寸的時候，還應當保證對水泵效率影響不大。

2.5 造型設計

現代社會對水泵產品的外觀質量以及使用的舒適程度提出了更高的要求，為了滿足市場需求，造型設計技術應運而生。該技術充分結合了工程技術和美學藝術，其要求在對水泵產品進行造型設計的時候，不但需要注重設計產品的外觀美，更應當把高性能、優結構以及宜人性等因素作為產品設計的出發點，從而保障產品的實用性、經濟性以及美觀性。

3 結論

現代設計方法主要基于思維科學和設計理論系統，其采取的手段主要是方法論，并且該方法充分結合了以計算機為代表的各種工具、不同技術以及各類程序。

參考文獻：

[1]楊方飛，閻楚良，張書明，等.虛擬樣機技術在水泵設計中的應用[J].農業機械學報，2005（1）：3841.

[2]楊利花，楊世強.現代設計方法及其發展趨勢[J].甘肅科學學報，2004（2）：111114.

[3]劉厚林，關醒凡，施衛東，等.我國泵CAD技術的特點及發展[J].流體機械，2002，30（3）：2629.

[4]靳栓寶，王永生，丁江明，等.混流式噴水推進泵三元設計及數值試[J].哈爾濱工程大學學報，2012，33（10）：12231227.