摘 要

水泵是发动机冷却系统的核心部件，传统的汽车机械水泵因为其动力来源于发动机，受发动机转速的影响较大大，导致其逐渐难以满足发动机散热的需求。而随着电控技术在汽车上的不断发展，电子水泵也逐渐开始应用于汽车，从而使得汽车水泵可以独立于发动机进行调节。此次设计参考既有汽车水泵的参数，完成水泵各个部件（如叶轮，蜗室等）的参数设计，根据设计参数在CFturbo中做出电子水泵的三维模型，并用Pumplinx对其进行数据仿真和流场分析。对于汽车电子水泵的设计或是同类型的冷却水泵的设计具有一定的参考价值。

关键词：电子水泵；叶轮；数据仿真；流场分析

Abstract

The pump is the core of the engine cooling system, the power of the traditional mechanical car pump is from the engine,so that the engine speed has a large impact on it.Resulting in its gradually difficult to meet the needs of the engine cooling system. With the development of electronic control technology in the car, electronic pumps have gradually begun to apply to the car, so that the car pump can be regulated engine-independent.This design is based on the parameters of the car pump, and then design the various parts of the pump (such as impeller, volute, etc.). The 3D model of the electronic pump is made according to the design parameters, and then simulate and analyze the model. For the design of automotive electronic pumps or the same type of cooling water pump has a certain reference value.

Key words：Electronic pump；Impeller；Data Simulation；Flow Field Analysis

目 录

第一章 绪论 1

1.1 课题背景和选题意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 课题研究内容 1

第二章 电子水泵的水力设计 3

2.1 泵的基本参数 3

2.2 确定泵的进出口直径 3

2.3 泵转速的确定 3

2.4计算泵的比转速ns 4

2.5 估算泵的效率 4

2.6 轴功率和原动机功率的计算 5

2.7 泵轴径和叶轮轮毂直径的初步计算 5

2.8 泵的结构型式的选择 6

第三章 叶轮的设计 7

3.1 叶轮尺寸的确定方法 7

3.1.1 相似换算法 7

3.1.2 速度系数法 7

3.1.3 理论计算法 8

3.2 叶轮进口直径Dj 8

3.3 叶轮出口直径D2 8

3.4 叶轮出口宽度b2 9

3.5 叶片数Z 10

3.6 叶片包角和出口安放角 10

3.7 叶片厚度的选择 10

3.8 叶轮外径及出口安放角的精确计算 11

第四章 压水室的设计 13

4.1 螺旋形压水室的计算 13

4.1.1 基圆直径 13

4.1.2 进口宽度 13

4.1.3 隔舌安放角 13

4.1.4 隔舌螺旋角 13

4.1.5 压水室面积的计算 14

4.2 扩散管 14

第五章 轴的校核及其力的平衡 16

5.1 轴向力的计算及平衡 16

5.1.1轴向力产生的原因 16

5.1.2 轴向力的计算 16

5.1.3 轴向力的平衡 16

5.2径向力及其平衡 17

5.3 轴的强度校核 18

5.3.1 泵轴上的载荷 18

5.3.2 强度校核 19

第六章 电子水泵的仿真与分析 21

6.1仿真软件简介 21

6.2三维模型的导入及前处理 21

6.3流场分析 23

6.3.1压力场分析 23

6.3.2速度场分析 24

6.3.3空化分析 25

6.3.4湍流动能分析 26

结论 28

参考文献 29

附录A 30

致谢 32

第一章 绪论

1.1 课题背景和选题意义

自1886年汽车发明以来，冷却系统便成为其稳定运行必不可少的系统之一。汽车靠发动机来提供动力，而发动机的的工作过程会产生大量的热量，如果没有冷却系统，发动机的诸多部件就会因为温度过高而导致其性能下降甚至损坏，从而导致汽车不能正常行驶。近年来，随着缸内直喷，涡轮增压等发动机新技术的推广使用，使得发动机热负荷越来越大，因而对发动机的冷却系统有了更高的要求。而汽车水泵作为冷却系统最核心的部分，近年来的发展却停滞不前，大多数的汽车还采用的是传统的机械水泵，即以发动机为动力来源，这样不仅会增大油耗，还会导致水泵不够灵敏（即需求流量与水泵实际提供的流量有一定的延迟）。电子水泵目前的应用范围还比较小，仅有部分中高级轿车上有采用，其主要原因是其价格较昂贵，且电机的控制策略还难以满足发动机复杂多变的工况。

1.2 国内外研究现状

在我国，电子水泵的发展还受到诸多条件的限制，比如电机的控制策略不够完善，材料强度不够导致寿命较短，水泵的密封性不够好等问题。这些困难或多或少地阻碍了国内电动水泵产业的发展，因而目前只有部分实验用新能源汽车或其他特种车辆采用电子水泵来冷却发动机。

在国外，电子水泵的研究开展较早，首先是法国的法雷奥公司于1999年提出在发动机上装配智能调节系统，主要用于改善发动机的冷却性能。具体说来，即为给水泵单独添加一个电机，并根据传感器采集到的信息，通过ECU控制电机，从而可以独立于发动机外调节水泵转速和流量。从而使得发动机的动力学和燃油经济性都得到了较大的改善。在此基础上，宝马公司于2005年所推出的新一代N52系列汽油机成为了世界上第一批配备电子水泵的量产汽油机，相比于其原机械水泵减少了近2kw的能耗。之后，奥迪公司和大众公司也相继在量产车型中使用了电子水泵。

1.3 课题研究内容

课题研究的内容是电子水泵的设计，就机械部分来讲，属于一个单级单吸清水离心泵设计，其主要内容为：

（1）查阅相关书籍，了解离心泵的基本工作原理和汽车水泵的主要参数，确定泵的基本参数；