汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇葉頂間隙泄漏流動(dòng)的試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬.pdf

1、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇作為發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其性能的改善能夠有效提高整車穩(wěn)定性與可靠性，并降低能耗和噪聲。葉頂間隙區(qū)域的氣流流動(dòng)顯著影響冷卻風(fēng)扇的氣動(dòng)性能、工作效率和運(yùn)行穩(wěn)定性，亦是冷卻風(fēng)扇的主要噪聲來源。為了進(jìn)一步提高冷卻風(fēng)扇的性能，就必須對(duì)葉頂間隙區(qū)域的復(fù)雜三維流動(dòng)特性進(jìn)行詳細(xì)研究。本文采用實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值仿真相結(jié)合的方法系統(tǒng)地研究了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇葉頂間隙區(qū)域的氣流流動(dòng)特性，包括分析在不同葉頂間隙高度、不同工況轉(zhuǎn)速與不同間隙流動(dòng)結(jié)構(gòu)下

2、的葉頂間隙流動(dòng)的特點(diǎn)，并進(jìn)一步探索其內(nèi)部的流動(dòng)機(jī)理。得到的結(jié)論不僅豐富了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇葉頂間隙流動(dòng)現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，并能夠確定葉頂間隙大小及結(jié)構(gòu)以及有效減少葉頂間隙泄漏損失，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇性能，為高性能的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇的研制積累關(guān)鍵的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和提供重要的設(shè)計(jì)依據(jù)。
　　針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇葉頂間隙區(qū)域工作壓力、尺寸結(jié)構(gòu)與氣壓機(jī)、渦輪、軸流泵等葉輪機(jī)械葉頂間隙區(qū)域有顯著區(qū)別，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇葉頂間隙泄漏流動(dòng)特征機(jī)理不明確，缺乏足夠的

3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等問題，設(shè)計(jì)一套發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇葉頂間隙泄漏流動(dòng)試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、?dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測(cè)量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、流動(dòng)顯示試驗(yàn)系統(tǒng)。提出一種發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇葉頂間隙區(qū)域的氣動(dòng)性能確定方法。解決了表征發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇葉頂間隙區(qū)域氣動(dòng)性能的方法。
　　依據(jù)試驗(yàn)方案，利用風(fēng)扇氣動(dòng)性能試驗(yàn)臺(tái)對(duì)兩種不同類型冷卻風(fēng)扇在三個(gè)不同葉頂間隙高度下進(jìn)行性能測(cè)試，得到了空氣動(dòng)力學(xué)性能曲線。重點(diǎn)分析導(dǎo)流環(huán)對(duì)冷卻風(fēng)扇性能的影響，在此基礎(chǔ)上，采用間隙區(qū)域

4、流動(dòng)結(jié)構(gòu)變化來抑制葉頂間隙泄漏流動(dòng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇性能的影響進(jìn)行研究。在設(shè)計(jì)工況下，通過試驗(yàn)的方法研究壓力、轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)葉頂間隙泄漏流的影響規(guī)律，并結(jié)合性能曲線，進(jìn)行流動(dòng)分析。利用流動(dòng)顯示試驗(yàn)分別對(duì)三種不同結(jié)構(gòu)的葉頂間隙區(qū)域的泄漏流動(dòng)所形成的葉頂間隙泄漏渦的運(yùn)行軌跡進(jìn)行測(cè)量研究。
　　針對(duì)試驗(yàn)測(cè)量無法獲得葉頂間隙流場(chǎng)的詳細(xì)流動(dòng)情況，利用STAR-CD軟件平臺(tái)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇葉頂間隙流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，獲得不同工況下葉頂間隙區(qū)

5、域內(nèi)的氣動(dòng)參數(shù)分布。通過與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證計(jì)算模型的正確性。深入的分析葉頂間隙泄漏量在低壓高轉(zhuǎn)速工況下大幅減少的原因及壓力差、粘性力對(duì)葉頂間隙泄漏流動(dòng)特性的影響。明確了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇葉頂間隙流動(dòng)的詳細(xì)流動(dòng)機(jī)理。
　　針對(duì)所提出的葉輪機(jī)械葉頂間隙泄漏流動(dòng)模型尚未能反映發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇葉頂間隙具體的流動(dòng)特征機(jī)理的問題，在試驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，考慮了動(dòng)能載越效應(yīng)的影響，推導(dǎo)泄漏特性與葉頂間隙流動(dòng)結(jié)構(gòu)之間定量關(guān)系表達(dá)式，修正