汽车水泵效率优化研究(2)

行定义，流体根据试验情况定义为清水，介质温度为80℃，同时将此温度下的动力粘度系数、汽化压力等进行定义，水的物理性能见表1，仅摘录部分参数供参考。水泵的进口定义为压力入口，且选进口总压，定义为一个大气压，即Pa，水泵的出口定义为体积流量，输入性能指标要求的流量150L/min和64L/min时对应的转速7200r/min和3600r/min分别进行计算。 表1 水的物理性质179.21 130.77 100.50 80.07 65.60 54.94 46.88 40.61 35.65 31.65 28.38温度/℃饱和蒸汽压/kPa密度/（kg/m3）粘度μx105/（Pa·s）0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.6082 1.2262 2.3346 4.2474 7.3766 12.34 19.923 31.164 47.375 70.136 101.33 999.9 999.7 998.2 995.7 992.2 988.1 983.2 977.8 971.8 965.3 958.4 4.4 使用pumplink对计算边界进行计算并进行后处理 参数和边界选定后，设置迭代次数，即可开始自动求解。求解完成后可以对流体进行压力、流速等分别进行显示和读取数据，并使结果已云图或流场的方式显示，通过计算的结果显示可以判定出流体的稳定性，一般压力最低点应为进口部位，最高点应为出口部位，若在流体中间出现大量高压区，甚至大于出口压力，则说明流体发生了阻塞，在高压区域需要进行改进；流体域内液体的流速应从叶轮入口部位到叶轮出口部位有显著的增加，在流道扩散管道处有明显的减小趋势。通过流场分析可以观察液流在流体域的流动情况，进而分析优化，改善流场，使液体流动更顺畅。仿真计算的流场和云图结果如图6和图7所示。 图6 改进前后的压力流场和轴功率对比 4.5 整理计算结果 对计算结果进行数据整理，并进行单位换算，最终分析结果如表2所示。 5 试验验证 图8 图7 流速云图和气体分数 表2 水泵CFD分析结果项目 现方案 改进后 现方案 改进后水泵转速r/min体积流量L/min扬程m泵效率%泵消耗功率kW 3400 600 22.7362 47.392 4.572 3400 600 22.159 51.368 4.111 3700 900 20.518 49.379 5.94 3400 900 23.749 54.234 6.26 根据方案制作快速成型样件并根据JB/T 8126.2相关要求进行试验验证，3#水泵为现生产件，1#、2#为改进件，试验结果如下： 5.1 性能结果 性能结果见图8。 5.2 汽蚀结果 汽蚀结果见图9。 图9 6 结束语 本文通过企业实例的改进简单阐述了汽车水泵性能和汽蚀改进的基本理论方法，介绍了理论仿真软件的应用，以及和实验验证结果相比对的最终冻结方案的方法，缩短了开发周期，为企业节约了试制成本。 0 引言在冷却系统中水泵是中心部件，为整个冷却系统提供动力源，对冷却液加压，强制冷却液在冷却系统中循环，从而达到冷却效果，在行业内被喻为发动机冷却系统的“心脏”。1 汽车水泵的结构及原理汽车水泵广泛使用结构简单、尺寸小、排量大、重量轻且工作可靠的离心式水泵，一般由水泵壳体、轴承、水封、叶轮、法兰、皮带轮及其连接螺栓等部件构成，如图1所示。其工作原理是水泵皮带轮利用带传动、齿轮传动等轮系结构，在发动机曲轴皮带轮驱动下转动，使水泵叶轮旋转，迫使叶轮入口处的冷却液进入叶轮，进入叶轮中的冷却液在叶轮驱动下随叶轮一起运动，并在离心力的作用下沿着叶轮的叶道被甩向叶轮的边缘位置，在叶轮出口位置处被压水室所收集，从出水管流出，强迫进入冷却水腔；同时，在叶轮中心部位由于冷却液被甩出而形成低压区域，散热器中的冷却液在压力差的作用下，经进水口不断的流入到叶轮中心，从而使冷却液在冷却系统中往复循环，加上电子风扇的风冷降温，完成对发动机的冷却任务。图1冷却水泵的典型结构2 影响水泵效率和汽蚀的因素由于冷却水泵的周围都会有很多个零部件，且其结构必须服从发动机的整体布置要求，因此水泵的进出水流道、涡流室的形线和截面形状、水泵的进出水口布置、叶轮的外形等基本尺寸的确定等不能满足正常的水力设计要求，从而会对水泵的性能及效率和汽蚀有一定影响。水泵的性能与叶轮的外径、出口宽度、出口角有关，一般叶轮直径越大、出口宽度、出口角度越大水泵的性能越高，但随着水泵性能的提升，水泵的轴功率也急剧增加，从而使水泵效率降低，因此合理的布置边界是很重要的，既要满足水泵的性能，又要尽可能的降低轴功率，提升水泵的效率。水泵的汽蚀主要与水泵进口处的压力有关，进口负压是造成水泵汽蚀的主要原因，因此要改善汽蚀需要从根本上解决液

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