基于CFD的汽车冷却系统水泵叶轮设计与实验

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1、·杌械研究与应用·2013年第2期(第26卷，总第124gq)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；效率；数值模拟中图分类号：TH12文献标志码：A文章编号：1007—441

2、4(2013)02-0089-03ImpellerDesignandExperimentforAutomobileWaterPumpBasedonCFDWUJie，TANGQian，ZHANGYuan-xun，FENGQi—xiang(SKLMT，ChongqingUniversity，Chongqing400044，China)Abstract：Inviewofthedisadvantagesofrelativelyhigherpowerandlowereficiencyforatypeofautomotiveenginecoolingwaterpump，anewd

3、esignmethodwhichaimingatsemi—closed-cycloidaltypeimpellerisputforwardbasedonthetheoryofcentrifugalpumpandcomputationalfluiddynamics(CFD)．Thepumppressure-velocitycouplinghydrodynamicmodelisalsoaccomplished．Combiningwithtest，theflow，eficiencyandpowerofthenewimpellerandthepreviousimpellera

4、reanalyzed．Thefinalresultsindicatethatpowerofthenewimpellerisreducedsignificantlyanditseficiencyisimprovedaswel1．Keywords：automobilewaterpump；power；eficiency；numericalsimulation1前言规律的叶片，将叶轮内的液流从进口向内分成若干水泵是汽车发动机冷却系统的核心部件，其性能层，每层相当于一个流面。液体只沿着每层流动，层直接决定发动机的运行状况。汽车发动机冷却水泵，与层之问的液体互不混杂，将叶轮内的流

5、动简化为研实质为离心泵的一种，具有转速高，运行工况变化大，究几个流面上的流动。假设在每个轴面上的流动相效率偏低，比转速较大等特点⋯。国内外学者都曾同，在同一个过水断面上轴面速度均匀分布，于是只对离心泵做过多方面的研究，王秀勇、王灿星等人应需在各计算流面上，求出液体质点的运动轨迹，然后用CFD技术对离心泵性能进行了预测，NicholasPed—运用摆线拟合轨迹，便得到了叶轮叶片型线方程：ersen，P．Gaetani等人就叶轮对离心泵的影响进行了『=Acos(a20一c)一Bcos(b20一c)，1、‘Ly=Asin((Z20一c)一Bsin(b20一c)l深入研究J。

6、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，为了减小叶轮出口处回流，出口采用一段弧线修随着汽车产业的发展，汽车产量的增加，汽车相关零型：部件性能逐渐受到重视，对汽车水泵的研究价值也日lr=Asin(口10)一Bsin(b1)，，’、益体现出来。Y：Acos(。)一Bcos(6)笔者针对某型号汽车水泵在运行过程中功率大、式中：A，B为影响型线长度的系数；Ⅱ，b，c为影响叶效率低等问题，经分析提出一种新型的半闭式摆线叶片弯曲程度的系数。轮设计方法，对水泵叶轮进行重新设计，使新水泵能2．2叶片数和厚度在性能上获得提高，满足汽车发动机冷却系统

7、的使用叶片数对泵的扬程、效率、汽蚀性能都有一定的要求，保证发动机能长期、安全、可靠、高效的运行。影响。为了使叶轮流道里液流有比较均匀的平均速2叶轮设计度，以及减少在一个叶片上的压力差，同时考虑尽量受发动机结构限制，叶轮外径保持不变，对叶轮减少叶片的排挤和表面摩擦，叶片数目Z=6。叶片的设计主要体现在叶片设计上。厚度一般是根据强度及铸造工艺的可能性而确定的。2．1叶片型线根据强度计算的叶片较薄，故一般都能满足强度需离心泵设计理论。。中提到，为了得到符合流动要，新叶轮叶片厚度取2Inn_6J。收稿日期：2013—02—06基金项目：重庆科技攻关项目(cs