汽车冷却系统的气蚀及影响因素

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1、．生产侵儡汽车冷却系统的气蚀及影响因素摘要：通过对发动机冷却系统气蚀产生机理的分析与研究，找到了产生气蚀的关键因素，即静态压力小于饱和蒸汽压。为此，在产品设计开发时，首先要保证此条件不成立，这样才能避免气泡的产生，也就断了气蚀产生的源头。另外，通过抑制气泡、增强水腔壁面耐中击疲劳强度等一些辅助办法，可将气蚀的可能性或气蚀的影响降到最低。关键词：气蚀临界气蚀余量饱和蒸汽压中图分类号：U464．138文献标识码：A■奇瑞汽车股份有限公司附件系统部孙婧气蚀是发动机冷却系统的失效模式之一，对发动机面)处更易操作，对冷却系统影响更小。冷却液从水的危害很大。发生气

2、蚀时，冷却系统产生大量的气泡，泵进水口流到叶轮内最低压力点的过程中，不仅没有冷却液流量降低，冷却系统散热能力下降，因而发动机能量加入，而且这段流道还产生一定压力损失，这部温度过高、寿命缩短。另外，气泡破裂产生的高压水分压力损失称为水泵的临界气蚀余量(NPSHr)。由击，导致水腔壁面疲劳破坏，严重影响水泵及其他冷却伯努利方程可知，临界气蚀余量NPSHr与流速的平方系统相关零部件的使用寿命，甚至会使发动机报废。以及水泵的结构和尺寸有关。故，水泵运行时气蚀产生的条件用公式表示为1气蚀产生的条件Ps≤Pv+NPSHr、、冷却系统发生气蚀的情况分两种。(1)某处

3、因式中，为水泵进水口的压力iP为所输送液体温度静态压力小于饱和蒸汽压而汽化，产生气泡，进而产下的饱和蒸汽压。生气蚀。(2)某局部高温区域因温度上升，饱和蒸上式也可表述为，当水泵进水口压力与该温度下汽压上升；当饱和蒸汽压超过此处冷却液静态压力时饱和蒸汽压的压力差低于水泵的临界气蚀余量时，发发生汽化，产生气泡，气泡在适当的时候破裂，进而生汽化，产生大量的气泡。气泡随冷却液流到水泵高产生气蚀。压区破裂，破裂产生的压力波冲击水泵金属壁面，产1．1情况一。生气蚀。冷却系统中压力最低点出现在水泵叶轮入口稍1-2情况二后某端面(图1k—k截面)处。进行冷却系统试验冷

4、却系统其他局部高温区域，尤其是水套的高时，将压力传感器布置在水泵进水口(图1S-S截温、狭窄、水流死区等区域。42l汽车T艺与材料AT&M2012年第7期．士生r产搬碗场扬气蚀时，冷却系统产生大量的气泡，冷却液流量降低。冷却系统局部流速变大，产生涡流，流动损失增大。S(2)散热性能下降气蚀时产生大量的气泡，由于气泡的热传递系数远小于冷却液的，冷却系统散热能力严重下降。另外，大量的气泡会阻碍冷却液的流动，也会降低冷却：S：系统的散热能力。图1水泵剖面(3)壁面疲劳破坏由于结构设计不十分合理，加上在高负荷工况或气蚀时大量的气泡被液体带到高于饱和蒸汽压的者爆

5、燃发生时，水套的局部区域温度很高，冷却液的高压区，气泡因破裂而产生高频水击。破裂接近水腔饱和蒸汽压也就很大，冷却液静态压力极易出现低于壁面时，水击对壁面形成反复的冲击，导致壁面疲劳饱和蒸汽压的情况，因而发生汽化，产生气泡。而破坏。较大的水泡还会堵塞冷却液的流动，使局部冷却原气泡内含有的液体中析出的各种活泼气体，破更加恶化。裂后还会对金属壁面产生化学腐蚀作用，加剧了材料在水套狭窄处，冷却液流速变快，静态压力下的破坏。壁面在机械剥蚀和化学腐蚀的长期联合作用降。当静态压力低于饱和蒸汽压时，同样会发生汽下，会出现蜂窝状破坏。化，产生气泡。(4)噪声和振动此外，

6、发动机燃烧产生的振动会传递给水套，在气蚀时，还会产生噪声和振动。水中产生较大的压力波，破坏水的连续性，从而产生4提高系统抗气蚀能力的措施气泡。’当周围液流的静态压力高于该温度下的饱和蒸汽4．1提高水泵本身抗气蚀能力的措施压时，以上两种情况产生的气泡会破裂。尤其是靠近(1)改进水泵的进水口至叶轮入水口附近的结壁面处，剧烈的爆破会对壁面产生冲击应力。大量气构设计。增大进水口流通面积：增大叶轮进口段的曲泡破裂形成反复冲击，冲击应力累积到一定程度时，率半径；适当减少叶片进口处的厚度，并将叶片进口壁面会产生疲劳裂纹。裂纹可能会演变成剥落，即穴处修圆；降低水腔壁面

7、的表面粗糙度等。蚀；裂纹也可能不断加大，产生开裂。另外，气泡破(2)采用前置诱导轮，使液流在前置诱导轮中裂产生的冲击又易在冷却系统水腔的狭窄部位反复地提前做功，以提高液流压力。反射传递，从而加速了水腔接触壁面的疲劳破坏。(3)增大叶片进口角，减小叶片进口处的弯曲，减小叶片阻塞，以增大进口面积：但进口角不宜2主要影响因素过大，否则影响效率。泵前气蚀的主要影响因素见表1；冷却系统其他(4)尽量避免在高流量时长时间工作。流量越部位气蚀的主要影Ⅱ向因素如表2。大，水泵的临界气蚀余量越大。(5)采用抗气蚀的材料，或进行材料表面处3气蚀的危害理。实践表明，材料的强

8、度、硬度、韧性越高，化学(1)流动损失的影Ⅱ向稳定性越好，其抗气蚀能力就越强。2012年第7期