發(fā)動機冷卻水泵熱力學(xué)效應(yīng)下的汽蝕機理研究.pdf

1、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

2、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?；贖ydrofo

3、il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-ε湍流模型作為后續(xù)修改空化模型的湍流模型?？偨Y(jié)了常見空化模型的蒸發(fā)與凝結(jié)源項，利用CEL語言進行CFX默認空化模型的定義，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空化模型進行了修正，提出了四種考慮熱力學(xué)效應(yīng)的空化

4、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

5、積分數(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

6、結(jié)果需要進一步的修正。在2960r/min，3700r/min和4300r/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)