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原文传递汽车水泵汽蚀性能优化设计及压力脉动研究

论文题名：	汽车水泵汽蚀性能优化设计及压力脉动研究
关键词：	汽车水泵;汽蚀性能;数值模拟;优化设计;压力脉动
摘要：	汽车水泵是汽车发动机冷却系统的重要组成部件，其工作环境比较恶劣，在高温高转速和大流量工况下运行时极易产生汽蚀，导致水泵的扬程和效率等性能急剧下降，并带来汽蚀破坏，侵蚀过流部件，同时产生振动噪声，严重影响着汽车的整体性能。本文以某款在耐久性试验中被汽蚀破坏的汽车水泵为研究对象，基于CFX软件平台，并结合试验结果，对该汽车水泵的汽蚀性能进行一系列优化设计，采用数值模拟分析了不同叶轮模型的汽蚀性能，并对优秀模型进行非定常数值模拟分析。本文的主要研究内容和得到的结论如下: 　　 1.应用CFX软件对汽车水泵进行了全流场数值计算，通过对比汽车水泵外特性的试验值及预测值，验证了数值计算的可行性。通过对比分析不同泵的内部流场，发现泵内部的湍动能越大，水力损失就越大，泵性能就越差，可见泵的外特性充分取决于其内部流场。　　 2.通过数值模拟，预测了原模型与三种优化模型的汽蚀性能，对比发现优化模型的汽蚀性能得到了明显改善。叶片进口前伸并增加一定的斜度，不仅能够减少叶片进口处的冲击损失，提高泵的性能，而且可以极大地改善叶片进口处液体的流动，减小叶片进口处液体的流速，增大低压区压力从而提高泵的抗汽蚀性能。　　 3.基于CFD，预测了三种不同叶轮外径的汽车水泵汽蚀特性，对比发现随着叶轮外径的减小，在同一进口绝对压力下，叶轮内部气泡体积分数不断增加;通过绘制汽蚀性能曲线和比较临界汽蚀点的NPSHr，发现在这三种叶轮外径中，外径越小，抗汽蚀性能越差。因此，为了保证汽车水泵的抗汽蚀性能，叶轮外径与蜗壳隔舌之间的间隙应保持在一定的范围。　　 4.对优化模型3分别在0.8Qopt、1.0Qopt和1.2Qopt工况下进行非定常数值计算，发现由于叶轮与蜗壳之间的动静干涉，叶轮和蜗壳内的压力分布呈现周期性变化。叶频是该汽车水泵压力脉动主要频率成份，主要脉动源是由叶轮与蜗壳的动静干涉产生的。在远离蜗壳出口的蜗壳流道内，离隔舌越近，脉动幅值越大。由于受蜗壳直角出水口的影响，蜗壳出口扩散段脉动幅值增强。通过观察三个流量下各测点的主频幅值可以发现，流量越大，叶轮流道内的压力脉动越小，而蜗壳内的压力脉动越大。　　 5.在无汽蚀、临界汽蚀和严重汽蚀状态下，分别对优化模型3进行非定常数值计算，发现随着叶轮的旋转，叶片吸力面压力呈周期性变化，汽蚀程度也随之呈周期性变化。在三种状态下，叶频均是压力脉动的主要频率成份，压力脉动幅值对汽蚀的变化很敏感，随着汽蚀程度的增强，蜗壳内的离散脉动和宽频脉动强度都显著增强。因此，为了保证汽车水泵稳定可靠运行，应避免汽蚀和汽蚀诱导的压力脉动。
作者：	裴冰
专业：	化工过程机械
导师：	施卫东;陆伟刚
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文