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原文传递汽车发动机冷却风扇叶顶间隙泄漏流动的试验研究及数值模拟

论文题名：	汽车发动机冷却风扇叶顶间隙泄漏流动的试验研究及数值模拟
关键词：	汽车发动机;冷却风扇;叶顶间隙泄漏损失;气动性能;数值模拟
摘要：	发动机冷却风扇作为发动机冷却系统的关键部件，其性能的改善能够有效提高整车稳定性与可靠性，并降低能耗和噪声。叶顶间隙区域的气流流动显著影响冷却风扇的气动性能、工作效率和运行稳定性，亦是冷却风扇的主要噪声来源。为了进一步提高冷却风扇的性能，就必须对叶顶间隙区域的复杂三维流动特性进行详细研究。本文采用实验测量和数值仿真相结合的方法系统地研究了发动机冷却风扇叶顶间隙区域的气流流动特性，包括分析在不同叶顶间隙高度、不同工况转速与不同间隙流动结构下的叶顶间隙流动的特点，并进一步探索其内部的流动机理。得到的结论不仅丰富了对发动机冷却风扇叶顶间隙流动现象的认识，并能够确定叶顶间隙大小及结构以及有效减少叶顶间隙泄漏损失，从而提高发动机冷却风扇性能，为高性能的发动机冷却风扇的研制积累关键的试验数据和提供重要的设计依据。　　针对发动机冷却风扇叶顶间隙区域工作压力、尺寸结构与气压机、涡轮、轴流泵等叶轮机械叶顶间隙区域有显著区别，发动机冷却风扇叶顶间隙泄漏流动特征机理不明确，缺乏足够的实验数据等问题，设计一套发动机冷却风扇叶顶间隙泄漏流动试验装置，包括试验模型、动力驱动系统、控制系统、测量与数据采集系统、流动显示试验系统。提出一种发动机冷却风扇叶顶间隙区域的气动性能确定方法。解决了表征发动机冷却风扇叶顶间隙区域气动性能的方法。　　依据试验方案，利用风扇气动性能试验台对两种不同类型冷却风扇在三个不同叶顶间隙高度下进行性能测试，得到了空气动力学性能曲线。重点分析导流环对冷却风扇性能的影响，在此基础上，采用间隙区域流动结构变化来抑制叶顶间隙泄漏流动对发动机冷却风扇性能的影响进行研究。在设计工况下，通过试验的方法研究压力、转速、结构参数对叶顶间隙泄漏流的影响规律，并结合性能曲线，进行流动分析。利用流动显示试验分别对三种不同结构的叶顶间隙区域的泄漏流动所形成的叶顶间隙泄漏涡的运行轨迹进行测量研究。　　针对试验测量无法获得叶顶间隙流场的详细流动情况，利用STAR-CD软件平台对发动机冷却风扇叶顶间隙流动进行数值模拟计算，获得不同工况下叶顶间隙区域内的气动参数分布。通过与试验结果对比，验证计算模型的正确性。深入的分析叶顶间隙泄漏量在低压高转速工况下大幅减少的原因及压力差、粘性力对叶顶间隙泄漏流动特性的影响。明确了发动机冷却风扇叶顶间隙流动的详细流动机理。　　针对所提出的叶轮机械叶顶间隙泄漏流动模型尚未能反映发动机冷却风扇叶顶间隙具体的流动特征机理的问题，在试验测量和数值模拟计算结果的基础上，考虑了动能载越效应的影响，推导泄漏特性与叶顶间隙流动结构之间定量关系表达式，修正理论模型，提出一种能够解析发动机冷却风扇叶顶间隙区域的流动和换热机理的数学计算模型，通过叶顶间隙泄漏量大小的计算对叶顶间隙泄漏流动所造成的流动损失进行预测。
作者：	芮宏斌
专业：	车辆工程
导师：	魏朗
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文