本文關(guān)鍵詞：發(fā)動機冷卻水泵熱力學(xué)效應(yīng)下的汽蝕機理研究　出處：《江蘇大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：發(fā)動機冷卻水泵是汽車發(fā)動機水冷式冷卻系統(tǒng)中優(yōu)化冷卻液循環(huán)流動的關(guān)鍵設(shè)備,往往在高溫、大流量、變轉(zhuǎn)速的條件下工作,惡劣的工作環(huán)境易造成冷卻水泵發(fā)生汽蝕現(xiàn)象,影響發(fā)動機的安全穩(wěn)定運行。同時,發(fā)動機冷卻介質(zhì)在流動過程中與發(fā)動機部件之間發(fā)生熱量交換,冷卻介質(zhì)的溫度和物性參數(shù)會發(fā)生變化,冷卻水泵的汽蝕過程伴隨著熱力學(xué)效應(yīng)。本文主要以發(fā)動機冷卻水泵為研究對象,研究熱力學(xué)效應(yīng)下的汽蝕機理,主要研究內(nèi)容和取得的成果如下:(1)綜述了發(fā)動機冷卻水泵的研究現(xiàn)狀以及熱力學(xué)效應(yīng)下的汽蝕研究背景。(2)基于汽蝕的考慮,優(yōu)化了發(fā)動機冷卻水泵的葉輪參數(shù),并基于CFD研究了葉片出口寬度對性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)隨著葉片出口寬度的增加,發(fā)動機冷卻水泵的揚程逐步增加,高效點向大流量偏移,最高效率點下的臨界汽蝕進(jìn)口壓力增大,汽泡體積分布緩慢增加。同時,湍動能較高的區(qū)域出現(xiàn)在葉片的進(jìn)口以及靠近隔舌的葉片流道內(nèi)。(3)修正并驗證了一種考慮熱力學(xué)效應(yīng)的空化模型。基于Hydrofoil翼型和NACA0015翼型,綜合考慮各湍流模型的特征以及與試驗值的吻合度優(yōu)選RNG k-?湍流模型作為后續(xù)修改空化模型的湍流模型。總結(jié)了常見空化模型的蒸發(fā)與凝結(jié)源項,利用CEL語言進(jìn)行CFX默認(rèn)空化模型的定義,并驗證了User Defined Cavitation Model方法的可行性與可信性。在Rayleigh-Plesset方程的基礎(chǔ)上,結(jié)合泰勒公式和克拉伯龍公式,對Zwart空化模型進(jìn)行了修正,提出了四種考慮熱力學(xué)效應(yīng)的空化模型以及三組蒸發(fā)與凝結(jié)系數(shù)(50和0.01;10和0.002;1和0.0002),并基于70℃的NACA0015翼型試驗值選擇了蒸發(fā)和凝結(jié)系數(shù)分別為10和0.002的空化熱力學(xué)效應(yīng)模型TCM2。(4)基于修正的空化模型對翼型和發(fā)動機冷卻水泵進(jìn)行了CFD數(shù)值分析。不同溫度下Hydrofoil翼型汽泡產(chǎn)生和消失的區(qū)域相似,且溫度越高空化發(fā)展的趨勢越明顯;隨著溫度的升高,NACA0015翼型的空化區(qū)域面積變大,且空化區(qū)域內(nèi)的汽泡體積分?jǐn)?shù)變大,空化發(fā)生趨勢越明顯。在水溫度從25℃增加到70℃過程中,設(shè)計工況下發(fā)動機冷卻水泵的揚程相差約0.9%,功率相差約2.5%,效率相差約3%。在熱力學(xué)效應(yīng)下,隨著溫度的升高,發(fā)動機冷卻水泵的汽蝕會“提前”并且“快速”地發(fā)生,溫度對汽蝕的形成過程有著重要的影響,研究變溫介質(zhì)水泵汽蝕時應(yīng)考慮空化的熱力學(xué)效應(yīng)。(5)發(fā)動機冷卻水泵的試驗研究。數(shù)值計算外特性與試驗結(jié)果的趨勢完全一致,但是數(shù)值模擬結(jié)果與試驗值存在一定誤差,模擬結(jié)果需要進(jìn)一步的修正。在2960 r/min,3700 r/min和4300 r/min三種轉(zhuǎn)速下,隨著轉(zhuǎn)速的增加,發(fā)動機冷卻水泵的揚程增大,泵的高效區(qū)向大流量偏移,泵的臨界汽蝕余量增加,同時驗證了變轉(zhuǎn)速時泵外特性的比例定律;不同溫度下的汽蝕性能分析發(fā)現(xiàn),隨著溫度升高,汽蝕初生的進(jìn)口壓力變大,汽蝕性能變差。由高速攝影試驗看出,隨著流量系數(shù)增大,后泵腔內(nèi)產(chǎn)生的汽泡由無到有,汽泡區(qū)域由小到大,再形成較大汽泡群。同時,在25℃~70℃區(qū)間時,葉輪內(nèi)部小汽泡的分布區(qū)域隨著溫度升高有所增大,空化熱力學(xué)效應(yīng)對發(fā)動機冷卻水泵內(nèi)部汽蝕發(fā)生產(chǎn)生了積極影響。可靠性試驗發(fā)現(xiàn)蝸殼流道中部以及蝸殼隔舌處均出現(xiàn)了明顯的亮白色坑洼,但試驗前后外特性誤差在1%以內(nèi),達(dá)到了可靠性要求。
[Abstract]:The engine cooling water pump is the key equipment for optimizing the circulating flow of cooling liquid in the water - cooled cooling system of automobile engine . ( 4 ) Based on the modified cavitation model , the CFD numerical analysis of the airfoil and engine cooling water pump is carried out .

【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U464.138.1

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本文編號：1417088