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汽车发动机冷却水泵设计及流场试验研究
| 论文题名： | 汽车发动机冷却水泵设计及流场试验研究 |
| 关键词： | 冷却水泵;离心式叶轮;泵性能测试;汽车发动机 |
| 摘要： | 汽车发动机冷却水泵是发动机冷却系统中的关键性部件，冷却水泵的性能直接决定发动机能否长时间高效运转，但目前发动机冷却水泵仍存在效率低下、耗能较高等问题。为此本文以465Q发动机冷却水泵为研究对象，通过水泵结构设计、CFD数值模拟、试验台试验对比相结合的研究方法，研制出一款具有新型水力特性的冷却水泵。论文主要工作内容如下： 1.针对汽车发动机冷却系统及冷却水泵的结构形式、工作原理进行简要介绍；通过阅读大量文献对国内外汽车发动机冷却水泵研究背景及研究现状进行概括总结。 2.在不改变水泵安装尺寸的前提下，通过采用非等变角螺旋线叶型、半开式叶轮、后弯式叶片及110°包角等完成新型叶轮及水泵蜗壳的参数设计。 3.对原型水泵及新型水泵进行三维建模，利用ICEM软件获得流体域网格模型；运用Fluent仿真软件采用SSTk-ω湍流模型、SIMPLEC算法对新旧水泵进行数值模拟计算；对比分析不同工况下新旧水泵内部压力分布云图、速度分布云图、叶轮速度矢量图及汽蚀分布云图，结果表明：1）额定转速下随流量增加水泵内部压力升高，叶轮进出口速度增大，原型水泵出现较为明显的旋涡现象；2）额定流量下随转速升高水泵进口压力降低，出口压力增大，叶轮进出口速度增大，高转速下原型泵内速度过渡性较差，造成较大冲击损失。3）原型泵及新型泵汽蚀发展规律较为一致，汽蚀区域均由初始中轴位置逐渐向叶片流道内扩散。 4.利用多工况模拟仿真数据计算获得新旧水泵外部特性参数，完成对设计新泵的性能预测。结果表明：新型冷却水泵额定工况下较原型泵功率降低0.0375kW，效率提高5.18%，完成冷却水泵性能提升。 5.试制新型冷却水泵样机并自主设计搭建了冷却水泵试验平台。利用水泵试验平台对新旧水泵在n=3000r/min，qv=40L/min，80℃额定工况下分别进行性能测试，试验结果表明：1）额定工况下，新型冷却水泵较原型泵功率降低0.0381kW，效率提升4.59%；2）通过对比额定工况下仿真及试验数据，其两者最大相对误差为9.4%；3）对比额定工况下模拟与试验性能曲线，发现其变化趋势一致且吻合度较高，证明了数值模拟的真实性及有效性。 6.利用水泵测试平台对新旧水泵选取4种流体温度75℃、80℃、85℃、90℃下5种转速1000r/min、1500r/min、2000r/min、2500r/min、3000r/min进行性能测试，结果表明：1）相同转速下，水泵扬程及效率与温度成正相关，水泵功率与温度成负相关。2）额定温度下，水泵扬程及功率随转速升高而增大，最大效率点随转速升高逐渐向大流量方向偏移。 |
| 作者： | 李春蓄 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 沙毅 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江科技学院 |
| 学位年度： | 2021 |
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