汽車發(fā)動機冷卻風扇葉頂間隙泄漏流動的試驗研究及數值模擬.pdf

1、發(fā)動機冷卻風扇作為發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的關鍵部件，其性能的改善能夠有效提高整車穩(wěn)定性與可靠性，并降低能耗和噪聲。葉頂間隙區(qū)域的氣流流動顯著影響冷卻風扇的氣動性能、工作效率和運行穩(wěn)定性，亦是冷卻風扇的主要噪聲來源。為了進一步提高冷卻風扇的性能，就必須對葉頂間隙區(qū)域的復雜三維流動特性進行詳細研究。本文采用實驗測量和數值仿真相結合的方法系統(tǒng)地研究了發(fā)動機冷卻風扇葉頂間隙區(qū)域的氣流流動特性，包括分析在不同葉頂間隙高度、不同工況轉速與不同間隙流動結構下

2、的葉頂間隙流動的特點，并進一步探索其內部的流動機理。得到的結論不僅豐富了對發(fā)動機冷卻風扇葉頂間隙流動現象的認識，并能夠確定葉頂間隙大小及結構以及有效減少葉頂間隙泄漏損失，從而提高發(fā)動機冷卻風扇性能，為高性能的發(fā)動機冷卻風扇的研制積累關鍵的試驗數據和提供重要的設計依據。
　　針對發(fā)動機冷卻風扇葉頂間隙區(qū)域工作壓力、尺寸結構與氣壓機、渦輪、軸流泵等葉輪機械葉頂間隙區(qū)域有顯著區(qū)別，發(fā)動機冷卻風扇葉頂間隙泄漏流動特征機理不明確，缺乏足夠的

3、實驗數據等問題，設計一套發(fā)動機冷卻風扇葉頂間隙泄漏流動試驗裝置，包括試驗模型、動力驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測量與數據采集系統(tǒng)、流動顯示試驗系統(tǒng)。提出一種發(fā)動機冷卻風扇葉頂間隙區(qū)域的氣動性能確定方法。解決了表征發(fā)動機冷卻風扇葉頂間隙區(qū)域氣動性能的方法。
　　依據試驗方案，利用風扇氣動性能試驗臺對兩種不同類型冷卻風扇在三個不同葉頂間隙高度下進行性能測試，得到了空氣動力學性能曲線。重點分析導流環(huán)對冷卻風扇性能的影響，在此基礎上，采用間隙區(qū)域

4、流動結構變化來抑制葉頂間隙泄漏流動對發(fā)動機冷卻風扇性能的影響進行研究。在設計工況下，通過試驗的方法研究壓力、轉速、結構參數對葉頂間隙泄漏流的影響規(guī)律，并結合性能曲線，進行流動分析。利用流動顯示試驗分別對三種不同結構的葉頂間隙區(qū)域的泄漏流動所形成的葉頂間隙泄漏渦的運行軌跡進行測量研究。
　　針對試驗測量無法獲得葉頂間隙流場的詳細流動情況，利用STAR-CD軟件平臺對發(fā)動機冷卻風扇葉頂間隙流動進行數值模擬計算，獲得不同工況下葉頂間隙區(qū)

5、域內的氣動參數分布。通過與試驗結果對比，驗證計算模型的正確性。深入的分析葉頂間隙泄漏量在低壓高轉速工況下大幅減少的原因及壓力差、粘性力對葉頂間隙泄漏流動特性的影響。明確了發(fā)動機冷卻風扇葉頂間隙流動的詳細流動機理。
　　針對所提出的葉輪機械葉頂間隙泄漏流動模型尚未能反映發(fā)動機冷卻風扇葉頂間隙具體的流動特征機理的問題，在試驗測量和數值模擬計算結果的基礎上，考慮了動能載越效應的影響，推導泄漏特性與葉頂間隙流動結構之間定量關系表達式，修正