汽車水泵汽蝕性能優(yōu)化設(shè)計(jì)及壓力脈動(dòng)研究.pdf

1、汽車水泵是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的重要組成部件，其工作環(huán)境比較惡劣，在高溫高轉(zhuǎn)速和大流量工況下運(yùn)行時(shí)極易產(chǎn)生汽蝕，導(dǎo)致水泵的揚(yáng)程和效率等性能急劇下降，并帶來(lái)汽蝕破壞，侵蝕過(guò)流部件，同時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)噪聲，嚴(yán)重影響著汽車的整體性能。本文以某款在耐久性試驗(yàn)中被汽蝕破壞的汽車水泵為研究對(duì)象，基于CFX軟件平臺(tái)，并結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)該汽車水泵的汽蝕性能進(jìn)行一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用數(shù)值模擬分析了不同葉輪模型的汽蝕性能，并對(duì)優(yōu)秀模型進(jìn)行非定常數(shù)值模擬分析。本文的主

2、要研究?jī)?nèi)容和得到的結(jié)論如下:
　　 1.應(yīng)用CFX軟件對(duì)汽車水泵進(jìn)行了全流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算，通過(guò)對(duì)比汽車水泵外特性的試驗(yàn)值及預(yù)測(cè)值，驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算的可行性。通過(guò)對(duì)比分析不同泵的內(nèi)部流場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)泵內(nèi)部的湍動(dòng)能越大，水力損失就越大，泵性能就越差，可見(jiàn)泵的外特性充分取決于其內(nèi)部流場(chǎng)。
　　 2.通過(guò)數(shù)值模擬，預(yù)測(cè)了原模型與三種優(yōu)化模型的汽蝕性能，對(duì)比發(fā)現(xiàn)優(yōu)化模型的汽蝕性能得到了明顯改善。葉片進(jìn)口前伸并增加一定的斜度，不僅能夠減少葉片進(jìn)

3、口處的沖擊損失，提高泵的性能，而且可以極大地改善葉片進(jìn)口處液體的流動(dòng)，減小葉片進(jìn)口處液體的流速，增大低壓區(qū)壓力從而提高泵的抗汽蝕性能。
　　 3.基于CFD，預(yù)測(cè)了三種不同葉輪外徑的汽車水泵汽蝕特性，對(duì)比發(fā)現(xiàn)隨著葉輪外徑的減小，在同一進(jìn)口絕對(duì)壓力下，葉輪內(nèi)部氣泡體積分?jǐn)?shù)不斷增加;通過(guò)繪制汽蝕性能曲線和比較臨界汽蝕點(diǎn)的NPSHr，發(fā)現(xiàn)在這三種葉輪外徑中，外徑越小，抗汽蝕性能越差。因此，為了保證汽車水泵的抗汽蝕性能，葉輪外徑與蝸殼隔

4、舌之間的間隙應(yīng)保持在一定的范圍。
　　 4.對(duì)優(yōu)化模型3分別在0.8Qopt、1.0Qopt和1.2Qopt工況下進(jìn)行非定常數(shù)值計(jì)算，發(fā)現(xiàn)由于葉輪與蝸殼之間的動(dòng)靜干涉，葉輪和蝸殼內(nèi)的壓力分布呈現(xiàn)周期性變化。葉頻是該汽車水泵壓力脈動(dòng)主要頻率成份，主要脈動(dòng)源是由葉輪與蝸殼的動(dòng)靜干涉產(chǎn)生的。在遠(yuǎn)離蝸殼出口的蝸殼流道內(nèi)，離隔舌越近，脈動(dòng)幅值越大。由于受蝸殼直角出水口的影響，蝸殼出口擴(kuò)散段脈動(dòng)幅值增強(qiáng)。通過(guò)觀察三個(gè)流量下各測(cè)點(diǎn)的主頻幅值可

5、以發(fā)現(xiàn)，流量越大，葉輪流道內(nèi)的壓力脈動(dòng)越小，而蝸殼內(nèi)的壓力脈動(dòng)越大。
　　 5.在無(wú)汽蝕、臨界汽蝕和嚴(yán)重汽蝕狀態(tài)下，分別對(duì)優(yōu)化模型3進(jìn)行非定常數(shù)值計(jì)算，發(fā)現(xiàn)隨著葉輪的旋轉(zhuǎn)，葉片吸力面壓力呈周期性變化，汽蝕程度也隨之呈周期性變化。在三種狀態(tài)下，葉頻均是壓力脈動(dòng)的主要頻率成份，壓力脈動(dòng)幅值對(duì)汽蝕的變化很敏感，隨著汽蝕程度的增強(qiáng)，蝸殼內(nèi)的離散脈動(dòng)和寬頻脈動(dòng)強(qiáng)度都顯著增強(qiáng)。因此，為了保證汽車水泵穩(wěn)定可靠運(yùn)行，應(yīng)避免汽蝕和汽蝕誘導(dǎo)的壓力脈