發(fā)布時(shí)間：2020-08-03 13:28

【摘要】：汽車水泵是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的核心部件,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性有顯著影響。由于布局、空間的限制,設(shè)計(jì)人員通常采用提高轉(zhuǎn)速、加大流量的方法來減小汽車?yán)鋮s水泵的總體尺寸與體積,導(dǎo)致通流空間狹小,流道幾何形狀復(fù)雜,流動(dòng)方向變化大,從而影響冷卻水泵的綜合性能。我國(guó)汽車保有量超過2億輛,但調(diào)查研究與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水泵在不同程度上存在能耗高、效率低等突出工程技術(shù)問題,不利于節(jié)能減排。因此,深入開展汽車?yán)鋮s水泵的設(shè)計(jì)與分析研究工作,對(duì)掌握泵內(nèi)冷卻介質(zhì)流動(dòng)規(guī)律、提高水泵性能、保障發(fā)動(dòng)機(jī)高效可靠運(yùn)行有重要意義。論文以某型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水泵的改進(jìn)設(shè)計(jì)為研究目標(biāo),通過數(shù)字化設(shè)計(jì)、仿真分析、樣件研制、性能測(cè)試等方面的研究工作,實(shí)現(xiàn)了原型冷卻水泵的改進(jìn)及性能改善,提高了冷卻水泵質(zhì)量。論文主要工作如下:(1)開展了原型冷卻水泵的改進(jìn)設(shè)計(jì)�；陔x心泵基本理論、水力模型數(shù)據(jù)庫(kù)及相似設(shè)計(jì)方法,在不改變安裝邊界條件的情況下,改變了原件葉輪的結(jié)構(gòu)形式,調(diào)整了葉片參數(shù),增加了蝸殼出口處的水流導(dǎo)向結(jié)構(gòu),完成了軸連軸承及水密封的選型,為后續(xù)數(shù)模設(shè)計(jì)、流場(chǎng)分析與樣件研制奠定了基礎(chǔ)。(2)構(gòu)建了冷卻水泵的三維模型。采用Solid Works軟件進(jìn)行了冷卻水泵本體結(jié)構(gòu)及流道幾何形狀的數(shù)字化設(shè)計(jì),通過Solid Works與ANSYS Workbench之間的數(shù)據(jù)交換接口與MESH功能模塊,實(shí)現(xiàn)了冷卻水泵流道模型的網(wǎng)格劃分。(3)進(jìn)行了冷卻水泵的原件與改進(jìn)件的數(shù)值計(jì)算。采用N-S控制方程,標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型,SIMPLEC算法及動(dòng)靜耦合技術(shù),應(yīng)用CFX流體分析軟件對(duì)原件與改進(jìn)件進(jìn)行多工況數(shù)值模擬,得到了冷卻水泵內(nèi)流場(chǎng)的壓力分布圖、速度矢量圖及外特性曲線。對(duì)比分析表明,改進(jìn)件在揚(yáng)程、效率等指標(biāo)上優(yōu)于原件。(4)完成了冷卻水泵樣件試驗(yàn)研究。CFD數(shù)值計(jì)算結(jié)果與性能測(cè)試結(jié)果吻合較好,驗(yàn)證了該型發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水泵改進(jìn)設(shè)計(jì)的有效性和可行性。經(jīng)對(duì)比改進(jìn)前后冷卻水泵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),冷卻水泵設(shè)計(jì)點(diǎn)轉(zhuǎn)速為3000r/min,流量為95.81L/min時(shí),揚(yáng)程提高到4.06米,效率提高到21.72%;轉(zhuǎn)速為6000r/min,流量為189.48/Lmin時(shí),揚(yáng)程提高到18.46米,效率提高到34.03%,實(shí)現(xiàn)了增效降耗的預(yù)期研究目標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U464.138.1
【圖文】：

達(dá)到 2460 萬輛，同比增長(zhǎng)百分之四點(diǎn)七；2016 年我國(guó)汽車總銷量約達(dá)到 2803 萬輛，比增長(zhǎng)百分之十三點(diǎn)七[1-3]。由此可見汽車的需求市場(chǎng)是具有良好的發(fā)展前景的[4]。汽水泵是整個(gè)汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的核心部件，汽車水泵的工作性能直接決定發(fā)動(dòng)機(jī)的工況以使用壽命。汽車?yán)鋮s水泵通過水泵中的冷卻介質(zhì)在發(fā)動(dòng)機(jī)工作的過程中將過多的熱量走從而達(dá)到冷卻的作用，使冷卻水泵中的冷卻介質(zhì)溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度能達(dá)到一個(gè)熱衡，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠正常工作[5]。在汽車?yán)鋮s系統(tǒng)中，汽車?yán)鋮s水泵中的葉輪通過轉(zhuǎn)，使得冷卻介質(zhì)獲得壓力以及流速后，在發(fā)動(dòng)機(jī)水道中流動(dòng)。從而確保汽車能夠在溫情況下正常工作。如果水泵在使用過程中壞掉不能正常工作，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量就來不及排出，如果沒有讓發(fā)動(dòng)機(jī)得到適合的冷卻，會(huì)使得發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性變低，件的磨損會(huì)增加，工作效率將降低。使得汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)實(shí)用性、可靠性體下降[6-7]。所以冷卻系統(tǒng)的工作性能直接影響了汽車的動(dòng)力系統(tǒng)。近些年節(jié)能減排、色環(huán)保是社會(huì)發(fā)展的主題，并且對(duì)汽車的排放標(biāo)準(zhǔn)也在逐漸提高，所以我們對(duì)汽車?yán)淅鋮s系統(tǒng)以及汽車水泵的要求也越來越高了[8-9]。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)各個(gè)部件的名稱以汽車?yán)鋮s水泵的剖面圖如圖 1.1 所示：2 112 3 4 5 667

PPm上所述，可以看出水泵的總的效率為水力效率hη 、容積效率vη 以及水效率η 其表達(dá)式為：mvhTTTTTTTTHHQQPgQHQHQHPgQHPgQHηηηρρρη = ===率與有效功率之差是汽車?yán)鋮s水泵泵內(nèi)的損失功率，其數(shù)值大小可。在不考慮冷卻水泵機(jī)械損失和容積損失的情況下，汽車?yán)鋮s水泵的率為有效功率與軸功率的比值，用η 表示，PPeη =汽車?yán)鋮s水泵的典型結(jié)構(gòu)車?yán)鋮s水泵的主要部件有：葉輪、泵殼、泵軸、軸連軸承、密封環(huán)1 2 3 4 5 6

汽車水泵渦室Fig.3.1Automotivewaterpumpvortexchamber

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2779698