基于的汽车冷却系统水泵叶轮设计与实验

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1、万方数据·杌械研究与应用·2013年第2期(第26卷，总第124期)应用与试验基于CFD的汽车冷却系统水泵叶轮设计与实验吴杰，唐倩，张元勋，冯琪翔(重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400044)摘要：针对某类型汽车发动机冷却水泵功率大，效率低等缺点，基于离心泵设计与计算流体力学(CFD)理论，提出了一种新型半闭式摆线型水泵叶轮设计方法，建立了水泵压力一速度耦合流体力学模型，结合实验对新、旧水泵流量、功率、效率等特性进行了分析，结果表明新水泵在功率上有大幅降低，效率得到提高。关键词：汽车水泵；功率；效

2、率；数值模拟中图分类号：THl2文献标志码：A文章编号：1007—4414(2013)02—0089—03ImpellerDesignandExperimentforAutomobileWaterPumpBasedonCFDWUJie，TANGQian，ZHANGYuan-xun，FENGQi-xiang(SKLMT，ChongqingUniversity，Chongqing400044，China)Abstract：Inviewofthedisadvantagesofrelativelyhigherp

3、owerandlowerefficiencyforatypeofautomotiveen百necoolingwaterpump，arlewdesignmethodwhichaimingatsemi-closed-cycloidaltypeimpellerisputforwardbasedonthetheoryofcentrifugalpumpandcomputationalfluiddynamics(CFD)．Thepumppressure-velocitycouplinghydrodynamicmod

4、elisalsoaccomplished．Combiningwithtest，theflow，efficiencyandpowerofthenewimpellerandthepreviousimpellerareanalyzed．Thefinalresultsindicatethatpowerofthenewimpellerisreducedsignificantlyanditsefficiencyisimprovedaswell．Keywords：automobilewaterpump；power；e

5、fficiency；numericalsimulation1前言水泵是汽车发动机冷却系统的核心部件，其性能直接决定发动机的运行状况。汽车发动机冷却水泵，实质为离心泵的一种，具有转速高，运行工况变化大，效率偏低，比转速较大等特点⋯。国内外学者都曾对离心泵做过多方面的研究，王秀勇、王灿星等人应用CFD技术对离心泵性能进行了预测，NicholasPed．ersen，P．Gaetani等人就叶轮对离心泵的影响进行了深入研究心。5J。由于汽车水泵仅作为汽车发动机的配件，应用面较窄，这方面的研究并未多见，近年来，随

6、着汽车产业的发展，汽车产量的增加，汽车相关零部件性能逐渐受到重视，对汽车水泵的研究价值也13益体现出来。笔者针对某型号汽车水泵在运行过程中功率大、效率低等问题，经分析提出一种新型的半闭式摆线叶轮设计方法，对水泵叶轮进行重新设计，使新水泵能在性能上获得提高，满足汽车发动机冷却系统的使用要求，保证发动机能长期、安全、可靠、高效的运行。2叶轮设计受发动机结构限制，叶轮外径保持不变，对叶轮的设计主要体现在叶片设计上。2．1叶片型线离心泵设计理论∞坷1中提到，为了得到符合流动规律的叶片，将叶轮内的液流从进13向内

7、分成若干层，每层相当于一个流面。液体只沿着每层流动，层与层之间的液体互不混杂，将叶轮内的流动简化为研究几个流面上的流动。假设在每个轴面上的流动相同，在同一个过水断面上轴面速度均匀分布，于是只需在各计算流面上，求出液体质点的运动轨迹，然后运用摆线拟合轨迹，便得到了叶轮叶片型线方程：『戈=Acos(a20一C)一Bcos(b20一c)，1、I)，：Asin(口2p—c)一Bsin(620一c)。1’为了减小叶轮出口处回流，出口采用一段弧线修型：fz=Asin(口10)一Bsin(b10)，¨ty=Acos(

8、口10)一Bcos(b10)式中：A，日为影响型线长度的系数；o，b，C为影响叶片弯曲程度的系数。2．2叶片数和厚度叶片数对泵的扬程、效率、汽蚀性能都有一定的影响。为了使叶轮流道里液流有比较均匀的平均速度，以及减少在一个叶片上的压力差，同时考虑尽量减少叶片的排挤和表面摩擦，叶片数目Z=6。叶片厚度一般是根据强度及铸造工艺的可能性而确定的。根据强度计算的叶片较薄，故一般都能满足强度需要，新叶轮叶片厚度取2mm‘6o。收稿日期：2013—02一