变转速工况下汽车冷却水泵内外特性变化规律

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1、4FLUIDMACHINERYVo1．42，No．8，20144．1．2径向速度分布规律旋涡也是对应的。由此可知，转速越大时，径向速图7为额定流量下4种转速时，某时刻叶轮度的均值越大，同时速度波动也越大。出口的径向速度分布情况。4．1．3叶轮内压力脉动分布规律通过非定常数值模拟得到监测点的压力参lO数，并引人压力脉动系数C来度量泵内压力脉动程度，其定义为【l卜J：簧5．5=ap／(o．5pu)(1)旧式中△p——压力值与其参考值之差图8为叶轮旋转一个周期内，叶轮内各个监O0l80测点的压力系数变化，可以看出流道内压力沿着角度(。)流线逐渐增

2、大，靠近叶片工作面的压力大于叶片图7不同转速F叶轮出口的径向速度背面的压力。各监测点压力随着时间呈周期性波从图7可见其分布呈现出一致的规律性，存在动，越靠近叶轮进口，周期性越明显。靠近叶片出7个峰值，这是受到叶频的影响。其中最后一个叶口处压力最大，且波动最大；靠近进口处压力最轮通道内出现局部小峰值，此叶片通道正好处于隔小，且波动最小。对于任一转速，同一半径处压力舌附近，受到隔舌的影响。每个叶轮通道内，速度差值基本保持不变，但对于靠进口处监测点，越靠大小从叶片背面向正面逐渐增加，跨过了一个叶片近出口，其差值越小。随着转速的增大，同半径处时，速

3、度发生突变，图中表现为速度陡降。流道越的监测点的压力差逐渐减小，但是幅值不是很大。靠近隔舌，速度的值越大。转速增大时，速度的最但是各转速下，监测点的压力系数相差不大，说明小值几乎相同，但是最大值逐渐增大。越靠近隔转速对压力分布的规律没有太大的影响，只对其舌，不同转速下速度差值越显著，这与图6所示的幅值有影响。o．o一o．5—1．O0．065o．0750．085f(s)f(s)(a)n=2800r／rain(b)n=3900r／raino．o一0·5—1．O0．0450．0550．065f(s)(c)n=4800r／rain(d)n=5500

4、r／rain图8各转速下叶轮内监测点的压力系数4．2径向力和轴向力分布规律七角星形分布，与叶频相关。径向力出现极大值从图9中叶轮受到的轴向力和径向力，可以的位置正好是当叶片扫过隔舌的时，所以存在7看出，额定流量下不同转速时叶轮的径向力呈现个极大值，即七角星形。径向力的数值较小，且其2014年第42卷第8期流体机械5方向在叶轮旋转一个周期内不断变化。转速越体压力差较小，轴向力很小。所以在高转速运行高，径向力数值越大，但是叶轮上同一位置处的径时，轴向力较大，汽车泵运行可靠性降低。向力方向基本不变。由此可知，转速只影响径向力的大小，而不会改变其方

5、向。10OZr(N、—·

6、__28OOr／mi“-R64800：暴50N1O一}{}}2800390048005500、．十十r转速(r／min)一6．图11叶轮与蜗壳的轴向力比较图图9不同转速F叶轮受到的径向力对比图9～11可得，相同转速下叶轮所受轴图10为额定工况下不同转速时蜗壳受到的向力的数值比径向力大的多，大约为其1O到20径向力，均分布在第四象限，呈不规则椭圆分布。倍，蜗壳所受轴向力的值与径向力数量级相当。对任意一转速，叶轮旋转一周内，椭圆的圈数为7，且大致交叠在一起。与叶轮相似，这也是受到5结论叶频的影响，且出现径向力极大值时，

7、也正好是叶片扫过隔舌时。通过计算发现，径向力矢量与x(1)随着转速的增大，偏离最高效率工况越轴夹角在18。一23。之间，而该蜗壳的隔舌角为远，流体速度也越大，流道内旋涡也越明显；15。，所以径向力指向隔舌附近。径向力的数值较(2)叶轮流道内压力呈现规律性的波动，但小，说明该蜗壳设计合理，使得大部分径向力得以是转速对压力分布的规律没有太大的影响，只对平衡。其幅值有影响；X(N)(3)叶轮的主要受力为指向隔舌附近径向2．O5．59力，且随着转速的增高，径向力的数值越大，但是方向基本不变。蜗壳所受径向力较小，说明该蜗壳设计合理，使得大部分径向力得

8、以平衡；会一1．75(4)叶轮受到的轴向力远大于蜗壳受到的轴向力。且随着转速的增大，叶轮轴向力的增大幅一3．5O度远大于蜗壳。在高转速运行时，汽车冷却水泵运行可靠性降低；图10不同转速下蜗壳径向力(5)通过对比分析模拟和试验所得外特性性图1l为不同转速下叶轮与蜗壳的轴向力。能，可见，该泵目前的设计严重偏离最高效率点，可以看出，二者的轴向力均随着转速的增大而增存在较大的运行安全隐患和节能优化空间。大，但是方向不变，始终指向叶轮的进口方向。各参考文献转速下，叶轮受到的轴向力远大于蜗壳受到的轴向力。根据轴向力产生原理¨，叶轮的轴向力主[1]陈次昌

9、，王德军，李秀武，等．发动机冷却水泵及试要来源于前后泵腔液体的压差。对叶轮而言，由验装置的研究[J]．农业机械学报，1999，30(2)：81—于叶片的阻隔作用，前泵腔的压力与吸