项目推广简况——基于CFD的汽车水泵优化设计及其汽蚀诱发振动特性研究

项目负责人

薛党勤

项目进展情况 ：

前期项目进行了调研，查阅资料，进一步优化研究方案：完成了汽车水泵的三维建模及网格划分优化，优选出合适的叶轮形状；并对不同叶顶间隙对汽车水泵性能的影响，设置三种不同叶顶间隙，对比无间隙情况下的外特性；研究不同的叶片数对汽车冷却水泵的影响研究。通过优化设计，增加叶片数，采用数值分析计算，预测其扬程及效率以及对汽蚀性能的影响。

下一步计划结合购买高频压力脉动传感器并结合机械与汽车工程学院LMS振动测试系统，到西峡水泵股份有限公司搭建实验台，做以下实验研究。

1.汽车冷却水泵的外特性试验研究。在汽车冷水泵闭式实验台上对加工的泵体及优化设计好的模型泵按照国家标准进行外特性实验；将模拟的结果和试验结果进行分析对比，验证本文模拟方法及优化设计结果的准确性。

2.汽车冷却水泵的压力脉动试验研究。设计并搭建汽车冷却水泵压力脉动试验平台，结合汽车冷却水泵结构尺寸特征及计算与测试信号的需要，制定了加速度及压力脉动传感器的安装位置，并进行安装调试。

3.测试分析不同工况汽车水泵内部流场压力脉动特性。测试汽蚀工况下和非汽蚀工况下汽车水泵内部流场的压力脉动信号，对叶轮进出口、蜗壳出口3个不同位置及隔舌附近的压力脉动信号测试数据进行采集特性分析。

4.测试分析汽蚀工况和非汽蚀工况下振动特性。测试不同流量工况汽车水泵叶轮3个位置的振动加速度信号。对汽蚀工况下和非汽蚀工况下汽车冷却水泵振动加速度信号测试数据进行采集和分析。

5.进行流场内部压力脉动和系统振动加速度信号频谱分析。对比分析不同工况每个测点的压力脉动信号和振动加速度信号，分析工况变化对测点的影响；对比分析不同测点压力脉动或者振动加速度信号在同一工况随系统位置变化的关系。对额定流量工况和小流量工况的响应信号进行详细的量化分析。

项目创新点：

（1）目前针对汽车冷却水泵优化设计及振动特性的系统研究还不多，项目利用有限元分析软件运用全流场的网格划分，正交优化设计方法相结合，对泵体内部流场进行有限元仿真分析，根据仿真结果，在水泵实验台上进行试验验证分析，验证仿真结果的准确性和可靠性，确定水泵流场激励诱发振动的主要原因。目前对于汽车水泵还未发现有类似系统的研究。

（2）企业对于汽车水泵只是简单的外特性试验，而项目利用LMS振动试验台，采用高频压力脉动传感器进行正常工况和汽蚀工况下的压力脉动测试，目前试验台的搭建及测试在汽车水泵的研究中没有先例，这是本项目的技术创新之一。

本项目研究探索汽车冷却水泵的优化设计方法，并据此进行数值计算，然后进行试验验证。从项目的科学性、系统性和连续性等方面来看，都是一种极为有益的尝试。本项目所探索的基于CFD汽车冷却水泵优化方法及振动特性研究对于提高汽车水泵设计水平，在线快速检测汽车水泵汽浊现象提供了技术支撑。

市场分析：

随着我国经济发展和人民生活水平的提高，汽车工业得到了快速发展，汽车需求市场具有很好的发展前景，与国民经济密切相关。目前按西峡汽车水泵股份有限公司飞龙牌玉柴A3100汽车水泵300元一个，生产2万台计，费用6000万，按研发3%投入计，费用为180万，按项目优化设计方法及振动测试研究，粗略估计能节省1/3费用，计60万。

项目前景：

目前国内针对汽车冷却水泵优化设计及振动特性的系统研究还不多，特别是汽车水泵压力脉动的测试研究，还未发现有类似系统研究。企业对于汽车冷却水泵只是简单的外特性试验，没有精力、人力进行深入细致研究，前期调研企业，都对此研究非常感兴趣，对于项目前景应用持续看好。

合作意向：

     技术合作，技术转让