汽车发动机冷却系统水泵设计及流场仿真分析

冷却水泵是汽车发动机冷却系统的核心部件,其性能直接决定发动机的运行状况。随着我国汽车行业的飞速发展,解决现有冷却水泵功耗大、效率低等技术问题,保证发动机能长期、安全、可靠、高效地运行,已成为汽车发动机冷却系统研究的当务之急。本文以某型汽车发动机冷却系统水泵为研究对象,采用结构设计、数值仿真及样机实验验证相结合的研究方法,改进设计了一种具有新型外形特征和技术参数的冷却水泵叶轮,从揭示与检验所设计的冷却水泵叶轮性能的角度,对冷却水泵流场进行了计算分析,并通过样机试制与试验对理论分析结论进行了检验。论文主要工作如下:①以离心泵基本理论为基础,深入分析了离心泵特殊应用下的冷却水泵的传统设计方法,针对现有冷却水泵叶轮存在的不足,引入了摆线作为叶片型线替代原有叶片型线,同时采用了长短叶片的布置方式、叶片出口修型等方法,提出了一种具有新型外形特征和技术参数的冷却水泵叶轮。②基于计算流体力学的相关理论,建立冷却水泵流场数值分析的数学模型,包括k湍流模型、SIMPLEC压力速度耦合算法的选定等,通过商用CFD流体分析软件FLUENT对改进前后的冷却水泵在不同进口流量下的流场进行数值计算,得到相应的流场压力分布图和速度矢量图,通过与现有叶轮的对比分析,得到冷却水泵外特性参数,论证采用摆线作为叶片型线、长短叶片布置方式及叶片出口修型等方法设计叶轮的可行性。③试制冷却水泵样机并在水泵实验平台进行改进前后的水泵试验对比研究,验证叶轮设计的有效性和可行性,检验论文中相关理论研究结论。本文改进设计了一种具有新型外形特征和技术参数的冷却水泵叶轮,进行了相关理论分析,并完成了样机试验研究。研究结果表明:改进后的叶轮效率提高了5%以上,效率提高幅度不是特别大,但整体功耗降幅较大,达到了30%以上,实现了冷却水泵降低功耗、提高效率的设计目标。本文有关冷却水泵的设计以及流场分析方法,对于汽车冷却系统水泵及同类型冷却水泵,在理论和应用上都具有一定的借鉴作用和参考价值。

冷却水泵; 功耗; 效率; 流场数值分析;

唐倩;

U464.138.1

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