基于CFD的汽车水泵优化设计

金锋 刘兵 章娜

摘要：针对增压直喷发动机冷却系统水泵扬程、效率、汽蚀问题，进行具体分析，使用一维、三维CFD方式来进行优化、验证设计性能。首先根据发动机的最大热负荷工况下冷却系统带走的热量，初步确定水泵的流量需求;其次使用一维CFD软件对冷却系统进行具体的分析，对水泵进行优化;最后使用三维CFD软件与建模软件来计算叶轮、蜗壳等，并据此优化设计方案。

关键词：水泵;优化设计;CFD;冷却设计

中图分类号：U463.99                                  文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）14-0017-02

0  引言

汽车水泵是实现发动机能量转换的核心部件之一，随着汽车耗油量需求不断下降，汽车水泵性能不断提高的同时，需要降低水泵功率消耗等来满足汽车的油耗要求。

1  研究背景

在汽车零部件当中发动机是非常重要的零部件之一，主要功能是实现能量转换。汽车发动机在工作期间最高燃烧温度达到2500℃，因此设计的时候，必须在内部设计冷却系统来防止汽车发动机过热。国内汽车水泵的设计效率一般低于设计工况的效率。以城市运行汽车为例，汽车驾驶过程中一般运行速度大多无法达到设计工况的情况。因此基于水泵的CFD流场设计来预测性能，实质就是建立泵内场特征与水泵转动特性之间的关系，这也逐渐成为研究领域内的重要课题[1]。

以下以某型号汽车发动机水泵的优化设计案例，来展示基于CFD的汽车水泵优化设计过程。

2  水泵性能需求计算

2.1 流量需求

水泵流量必须保证冷却系统的正常运转需要，如果水泵流量小则无法提供足够的冷却，发动机容易造成过热损坏;如果流量过大，则发动机水套温差较小，存在较大的能量损失。……