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汽车水泵的全三维数值模拟及性能预测研究
| 论文题名： | 汽车水泵的全三维数值模拟及性能预测研究 |
| 关键词： | 汽车水泵;性能预测;水力损失法;数值模拟;叶轮设计 |
| 摘要： | 随着科技的不断发展,汽车冷却水泵作为汽车冷却系统的重要部件,它的可靠性及适用性越来越受到设计者、制造者和使用者的重视。现代轿车的普遍发展,以及内燃机技术的普遍应用,更加推动了汽车水泵的发展。但是,由于人们对水泵内复杂的流动规律认识不全面,我国的泵的设计仍然处于半经验、半理论的发展期。通常,泵产品的开发需经过从设计到试制到试验再到改进的过程,需要耗费大量的时间以及人力、物力。在设计完成泵之后,如果能够准确的预测出水泵的性能,那么将大大简化泵的设计过程,从而缩短了时间并节省了资源。 目前,国内外已经对离心泵的性能预测有了相关的研究。但是,对于汽车水泵,其自身有着体积小、转速大、运行工况宽、效率较低、比转数较大等特点,它的流动更加复杂,性能更加难以预测,因此有必要对汽车水泵的性能预测进行深入的研究和探讨。 本文具体的研究内容和成果如下: (1)在参考大量文献的基础上了解了目前国内外离心泵的水力设计及CAD研究现状,总结了国内外离心泵性能预测的研究进展以及今后的发展趋势,介绍了水力损失、流场分析以及神经网络这三种性能预测方法。通过分析比较,选择了水力损失法进行汽车水泵的性能预测。 (2)叶轮是离心泵的核心部件,而离心泵叶轮轴面流道的设计则是进行叶轮设计的关键。结合现有的优秀离心泵水力模型,根据平均比转数与流道中线上点的函数关系,利用空间自由曲线对流道中线进行拟合。并采用F-L曲线的给定方法,推导了前后盖板流线的方程,从而实现了离心泵叶轮轴面投影图的CAD绘型过程。 (3)根据某企业汽车水泵产品进行三维造型后,再对模型泵进行全三维粘性数值模拟。将数值计算结果与实验值进行对比,验证了数值计算结果的可靠性,并得到了各水泵的性能参数。然后对泵中各部件的水力损失进行了理论分析,并建立了泵各部件的水力损失模型,结合数值计算的结果,回归分析建立了各部件损失模型中损失系数和雷诺数以及比转数的关系。同时也提出了减小汽车水泵各部件水力损失的合理性建议。 (4)对汽车水泵在不同转速下分别进行了数值模拟,并得到了在不同转速下的性能曲线,并分析了不同转速下的流场分布情况,对汽车启动的转速调节提出了适当的指导。最后,单独对叶轮部分进行了数值计算,并和全流道下的计算结果进行了对比分析。 |
| 作者： | 刘静 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 王彤 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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