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微型旋涡泵性能及压力脉动特性研究
| 论文题名： | 微型旋涡泵性能及压力脉动特性研究 |
| 关键词： | 汽车发动机;燃油系统;微型旋涡泵;压力脉动特性 |
| 摘要： | 旋涡泵因其在小流量、高扬程流体输送场合的性能优势而在汽车、航空航天、化工和医药等领域有着广泛应用。由于旋涡泵内流体在叶片内的循环流动，使其具有压力系数高的特点，而旋涡运动造成的能量损失又使其效率较低。同时，旋涡泵也和其他流体机械类似地存在叶轮与静止部件的动静干涉问题，从而产生流体的压力脉动，导致装置振动。对于汽车和航空航天等应用领域，振动问题和低效率是旋涡泵设计应用过程亟需解决的关键问题。本文以一种用于汽车发动机燃油系统的微型旋涡泵为对象，研究其水力性能和压力脉动特性，以期为发动机燃油泵的性能提升和减振提供支撑。 本文首先对轴向入口型式的微型旋涡泵内流模拟模型和非定常模拟模型进行研究和试验验证，数值模拟与试验结果取得了较好的一致性，并对数值模拟结果与试验的差异进行了分析。根据数值模拟结果，介质粘度增大导致水力效率显著降低，同样，悬浮式微型叶轮因轴向受力不平衡导致的轴向位置不居中也明显增大了圆盘摩擦损失和泄漏损失。而泵内压力脉动幅值几乎不受燃油介质的影响。叶轮轴向悬浮位置不居中会导致压力脉动幅值改变，并且出口侧的动静干涉作用强于入口侧，因此叶轮悬浮位置远离出口侧有助于降低脉动幅值。 根据内流场分析结果，发现轴向入口的微型旋涡泵内同时存在纵向旋涡、径向旋涡和轴向旋涡。其中，由于纵向旋涡促使了泵体流道内流体与叶轮流道内流体的动量交换是流体增压的主要原因。发现流道圆周位置的压力脉动幅值较小，而在阻隔面附近的压力脉动峰值突增，表明动静干涉是产生叶片压力脉动峰值的主要原因。 分析了泵体流道不同截面大小对泵性能的影响，发现增大排出侧的泵体流道截面积，旋涡泵的性能曲线向大流量方向偏移，水力效率提升。提出了一种非等截面泵体流道结构，分析结果发现当等效流道截面积相等时，渐变的泵体流道可减小叶轮的扭矩，提高效率。采用随机分布法则划分非等距叶片以改善压力脉动，数值模拟分析结果表明本文采用的非等距叶片结构对性能曲线影响较小，泵的效率略有发生改变。而非等距分布的叶轮使叶频的峰值明显降低，但在叶频两侧产生明显的附加的频率成分。对60组随机分布的叶轮的性能和峰值进行统计分析，得到适用于多叶片非等距叶轮设计的参考依据。上述论文结果可为用于发动机燃油系统的微型旋涡泵优化设计，以及其他多叶片流体机械的减振提供参考。 |
| 作者： | 张菲茜 |
| 专业： | 化工过程机械 |
| 导师： | 吴大转 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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