某国Ⅴ发动机冷却水泵气蚀分析与优化.pdf

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1、第33卷第3期2016年6月内燃机与动力装置I．C．E&PDwerplantV01．33No．3Jun．2016【模拟计算】某国V发动机冷却水泵气蚀分析与优化苏晓芳。王次安，王宏大。刘吉林，雷蕾，张超(安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥230601)摘要：针对某国V柴油机冷却系统设计要求，对匹配该机型的冷却水泵进行设计，首先根据冷却系统散热量确定冷却液需求量，即水泵的设计流量，以该流量为冷却系统一维模型边界进一步确定水泵设计扬程，确定水泵流量及扬程后对水泵进行选型。然后进行发动机台架试验并对水泵进行CFD分析，确定水

2、泵叶轮发生气蚀破坏的原因，最后针对水泵气蚀原因对水泵结构进行优化设计并对优化后的水泵结构再次进行CFD分析，并对水泵样件进行试验验证，验证水泵优化效果。关键词：CFD；一维；试验；气蚀；优化中图分类号：TK424．2文献标志码：A文章编号：1673—6397(2016)03—0029一05A田lal灿and唧勘妇6叩ofCa删蛐衄aC蛐g№nl呷for鼢teV蛐SUXiao—fang，WANGCian，WANGHong—da，UUJi一1in，LEILei，ZHANGChao(AnhuiJian曲uaiAutomob

3、ileCo．，Ltd．，Hefei230601，China)Abstmct：ApumpforthestateVdieselengineisdesignedtomatchwiththecoolingsystem．TheobjectiVeoft}Iewaterpumpdesigncanbeconfi瑚edb鹊edoncoolingsystem．Inordertofindthereasonthatcausescavitationonpumpblades，theengineexperimentand山ewaterpumpCF

4、Da—nalysisarecarriedout．A矗ert}Iat，theoptimizationdesignofwaterpumpismadebasedonCFDa—nalysisandexpeIiment，arIdfinallythee￡fectsofoptimizationwerevalidated．1【eyWOrds：CFD；1D；Expedment；Cavitation；Optimization引言发动机冷却水泵作为发动机冷却系统重要的组成部分⋯，其功用是对冷却液加压，保证足量的冷却液在冷却系统中循环流动旧

5、J，足量冷却液也是高功率密度的增压柴油机正常工作的保证旧J。水泵作为冷却系统的核心，设计的好坏决定其性能，而水泵的性能不仅会影响整车的动力性和经济性，同时对整机寿命影响较大M1。另外水泵工作在较恶劣的工况下，易发生气蚀，气蚀不仅会导致水泵性能的下降，同时也会造成水泵结构的破坏[5]，所以对水泵气蚀原因的分析也就尤为重要。本文首先根据发动机各参数进行水泵的选型，确定某型开式叶轮离心泵，然后进行发动机台架试验并利用流体计算动力学(CFD)分析方法确定水泵气蚀原因㈣，最后进行水泵结构的优化并验证优化效果。1冷却水泵的选型1

6、．1水泵设计流量的计算¨1首先确定冷却系统散热量Q，受复杂因素的影响，该值可以通过公式1进行估计：Q=等(1)其中：A为传给冷却系统的热量占燃料热能的百分比，柴油机的传热百分比为A=0．18～0。25；作者简介：苏晓芳(1985一)，女，工程师，本科，主要研究方向为发动机冷却系统润滑系统设计。收稿日期：2016—03—08·30·内燃机与动力装胃g。为发动机额定功率时燃油消耗率，kg／kw·h；P为发动机额定功率，kw；九。为燃料低热值，柴油的低热值一般取41870彤kg。冷却系统中包括机油冷却器，则Q值应增大5％一

7、10％。为了保证计算可靠，各参数均取最大值，其中：A取0．25，g。取0．261kg／kW·h，发动机额定功率为100kw。将以上参数带人公式(1)中得冷却系统散热量为75．9kw，考虑到系统中包括油冷器，最后计算得Q=83．5kw。然后确定冷却液需求量，该值取决于流经发动机的冷却液所带走的热量和这些冷却液的温升，根据散入冷却系统中的热量，可以计算出冷却液的循环量：y=—b(2)p’c。廿』其中：y为水泵的设计流量，L／s；Q为水泵冷却液需要带走的热量，kw；p为冷却液的密度，kg／L；c为冷却液的比热容，Wkg·K

8、；△r为冷却液的温差，冷却液的温升一般在6～10K范围内。冷却液类型为50％的乙二醇溶液，根据材料库数据查询得冷却液在95℃时的物理性质，具体参数如表1所示：表1冷却液需求量计算参数设置参数类型各参数值Q／kW83．5p／(kg／L)1．024c／(kJ／kg·K)3．636△7'／K7．5将表1中各参数带人公式2中，计算可得冷却液需求量为2．