案例丨罗茨泵的优化设计
20世纪70年代早期，凸轮泵的发明主要应用于农业用途，应用领域为农业肥料分布处理、土木工程的废水管理和一般工业。凸轮泵是农业中最可靠的泵，但与其他任何技术设备一样，需要进行优化和重新设计，以跟上市场的需求。
传统意义上，泵的研发过程中需要密集的试验测试，但现代工程可提供更多的方案，例如计算流体动力学（CFD）。福格申机械制造有限公司——德国顶尖的旋转凸轮泵制造商之一，采用TwinMesh的CFD分析以提高其产品性能、耐久性及寿命。
依赖于现代工程，利用虚拟仿真开发工具，新设计的IQ152系列重量更轻，功耗更低，并具备了比以前更高的效率。下面就来了解下福格申在他的日常工作中的工具使用情况。
在福格申，CFD法是一种在凸轮泵早期研发阶段行之有效的工程工具。直到现在，CFD主要被用来优化其复杂的结构，包括泵的入口和出口端。为保证高品质的CFD结果，往往需要花费很多的工时，以确保高品质的CFD结果。因此工程师往往只能使用网格质量较差的简化模型来代表描述。
由于使用CFX Berlin的TwinMesh，机械工程师们现在有一个工具来分析和优化整个机械。首席设计师Steffen Knabe指出，特别是轴向和径向间隙在CFD仿真中是不能被忽视的，会严重影响性能的预测。此外，在模拟过程中使用结构化网格和合理的时间步长是必不可少的。因此，Steffen Knabe认为，在他的凸轮泵的开发和优化中，TwinMesh作为一个网格工具是扎实的、可靠的，是一切准确仿真的基础。
对于新开发的IQ152系列，福格申公司进行过物理实验，以验证其CFD仿真计算结果的准确性。事实上，在这些实验中的，对转速与转矩的影响进行了比对，几乎完全匹配的模拟数据。
此外，实验数据表明，改变转速会影响泄漏流，这可以通过计算仿真数据处理后获得确认。上图中左边显示流线的新IQ152入口段。模拟数据显示出流动的死区，在该区域，二次流导致性能系数降低（COP），引起了更高的能源消耗，对空化性能起到了负面的影响。
因此，Steffen Knabe和他的同事发现入口段的死区，通过修改设计消除了不希望出现的涡系（下图）。这样的修改的另一个获利是减少铸造材料，使得整体减少了重量，从而使新设计的凸轮泵降低了生产成本。此外，由于TwinMesh和CFD直接耦合设置，可以非常简便地在多种转子设计中调整，这样容易找到一种低空化性能的设计方案。
总之，新的设计延长了泵的使用寿命，减少了维修时间和频率，对福格申的顾客也是一种利益。最后，Steffen Knabe很乐意将TwinMesh推荐给广大的旋转式容积机械生产厂家，并明确表示会利用CFD和TwinMesh为作为下一代凸轮泵研发的工具。
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