ANSYS CFD软件在汽车冷却泵、刹车泵领域的应用

Amaris

　　1、泵领域的研究现状及存在的问题
      旋转机械是指主要依靠旋转动作完成特定功能的机械，广泛应用于汽车、电力、石化、冶金和航空航天等部门。典型的旋转机械有汽轮机、燃气轮机、离心式和轴流式压缩机、风机、泵、水轮机、发电机和航空发动机等。在汽车的动力和制动系统中，冷却泵、刹车泵、电机转子和风扇等都是典型的旋转机械。
　　汽车发动机是为汽车提供动力的发动机，是汽车的心脏，影响汽车的动力性、经济性和环保性，发动机是否能正常运转决定了汽车能否正常使用。汽车发动机是一个复杂的结构体，其发热过程比较复杂，且发动机舱空间紧凑，散热效果不佳的情况下，容易造成发动机过热，从而导致发动机故障，严重影响运行寿命和可靠性。因此，要提升发动机的整体性能，对冷却系统的设计尤为重要。冷却泵是专门用于发动机冷却系统的重要部件，它被放置在汽车发动机的上出水口，并通过风扇皮带来带动，将缸体内的热水泵出，将冷水泵入，降低发动机内部温度，使发动机不至于在过热的环境中工作。
　　刹车系统与汽车的安全性息息相关，刹车总泵又称“制动”总泵，是整车制动系统的主要配合部分。根据不同的车辆也分为气刹总泵和油刹总泵两种，一般情况下乘用车(如轿车、微客等)的刹车总泵多数使用的是油刹总泵，而商用车(如货车、牵引车等)的刹车总泵一般都使用的是气刹总泵。
　　对汽车的动力系统和制动系统进行研制，可能产生的主要流体问题有：
　　(1)泵性能参数研究;
　　(2)泵汽蚀余量计算;
　　(3)泵汽蚀问题研究;
　　(4)发动机散热性能研究;

　　2 、购置ANSYS CFD软件的必要性
      随着汽车技术水平的飞速发展，对汽车的各项性能指标都提出了更高的要求。以往，客户对冷却泵、刹车泵等核心部件的设计采用的是借助设计手册、国外经验设计软件类推和手工简单计算相结合的方法，承袭AutoCAD绘图手段，以及简单的试验验证这样一条道路。类推设计方法和手工简单计算的结合导致设计质量极大的依赖设计工程师个人的设计“感觉”，缺乏准确清晰且可传承的设计评价依据和优化手段。
　　而对设备运行过程中出现的问题，主要采用传统的技术问题解决路线，即基于一部分理论分析和试验研究。因而采取的技术措施往往局限于工程师的经验和一些零碎的试验结果。最终试验验证、改进、再试验的工作量无法预料，因此产品的改进、开发周期无法得到保证。
　　现代设计方法表明，在设计早期便引入CFD分析，对设计完毕的产品立即分析，初步判断设计的合理性，可避免过多的设计——分析循环。产品设计虽然只占产品整个成本的5%，但它却影响产品整个成本的70%。潜在的问题越早地得到解决，设计的成本与周期的降低效果越明显。相对于传统的实验方法，CFD分析不仅能真实地模拟泵内流场特性的分布情况，还能通过后处理手段使用户“看到”当前流域内的流动状况，为用户提供更为直观的分析结果。
　　面对产品优化过程中，大量不确定参数的优化和验证，设计人员往往任务繁重，在设计初期难以找到设计重点，必须对各个参数进行逐一验证，且验证的主要形式是通过设计——样机——试验这样的过程，势必会造成人力、财力和时间上的大量投入，且设计和优化周期难以得到保障。因此，采用CFD软件对刹车泵和冷却泵等产品进行流场性能分析，对后续进行产品优化设计显得至关重要。

　　3、ANSYS CFD在汽车冷却泵、刹车泵领域的应用案例
      离心泵外特性计算
　　计算工况：0.2Q，0.4Q，0.8Q，1.2Q，1.5Q
      
      
　　空蚀性能计算
      
　　NPSH-Head关系曲线
      
　　德国布朗斯威格工业大学——锅炉给水泵间隙流性能研究
      
　　德国布朗斯威格工业大学——锅炉给水泵热性能研究
      


来源：恩硕科技   ANSYS电磁场