燃油系統(tǒng)旋渦泵壓力脈動特性與控制研究.pdf

1、旋渦泵是一種低比轉(zhuǎn)速葉片式泵，因其具有一般離心泵難以達(dá)到的超低比轉(zhuǎn)速、自吸和抗汽蝕能力強(qiáng)，且相較于容積式泵具有尺寸小易加工、壓力脈動小的特點(diǎn)，逐漸成為主流的汽車燃油系統(tǒng)供油泵。另一方面，隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車零部件的NVH（Noise, Vibration,Harshness）性能提升已經(jīng)成為汽車零部件生產(chǎn)商亟待解決的關(guān)鍵問題，燃油泵作為核心的零部件之一，其NVH性能提升顯得更為重要。本文通過研究汽車燃油系統(tǒng)旋渦泵內(nèi)部流動和壓力脈

2、動特性及其控制方法，提出降低壓力脈動的結(jié)構(gòu)方案與改進(jìn)措施，進(jìn)而通過抑制壓力脈動來提升燃油泵的NVH性能。本文開展的主要工作如下：
　?。?）對軸向進(jìn)出口、懸浮式葉輪的旋渦式燃油泵結(jié)構(gòu)，建立了懸浮式葉輪和油軌內(nèi)部流動的三維計算模型，完成內(nèi)部流動的CFD數(shù)值模擬和性能預(yù)測，并通過多組試驗驗證了基于內(nèi)部數(shù)值模擬所預(yù)測的結(jié)果。利用CFD數(shù)值模擬結(jié)果分析了軸向旋渦泵內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)，歸納了軸向旋渦葉輪和油軌的動量交換機(jī)理和能量損失特性。

3、　?。?）基于三維非定常CFD模擬，分析軸向旋渦式燃油泵在多種工況下的內(nèi)部非定常流動和壓力脈動特性，得到壓力脈動的頻譜特性和脈動機(jī)理，發(fā)現(xiàn)葉片與阻油面兩端的干涉及其疊加效應(yīng)是決定旋渦泵壓力脈動強(qiáng)度的最主要因素。同時，對燃油泵的輻射噪聲進(jìn)行測試，結(jié)果顯示燃油泵的壓力脈動與中高頻輻射噪聲具有強(qiáng)相關(guān)性，尤其是葉片通過頻率與噪聲峰值頻率完全對應(yīng)，表明抑制旋渦泵內(nèi)部流體的壓力脈動是改善燃油泵NVH性能的有效手段。
　　（3）基于數(shù)值模擬研究

4、流道結(jié)構(gòu)對旋渦泵壓力脈動特性的影響，分析了不同阻油面弧長的油軌、不同葉片數(shù)葉輪以及不同葉型葉輪的壓力脈動特性，進(jìn)而從流道結(jié)構(gòu)的改進(jìn)出發(fā)，給出了降低旋渦泵壓力脈動的流道結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案。
　?。?）基于理論分析模型和非定常CFD模擬，研究葉片隨機(jī)非等距分布的旋渦式燃油泵壓力脈動特性及其對壓力脈動的調(diào)制和抑制效果，表明葉片隨機(jī)非等距分布葉輪結(jié)構(gòu)能夠分散壓力脈動能量，并顯著降低葉頻峰值，進(jìn)而提出了改進(jìn)的非等距旋渦式葉輪的設(shè)計方法。
　

5、?。?）針對葉片隨機(jī)非等距分布的軸向旋渦式燃油泵，分析了節(jié)距角差量和阻油面結(jié)構(gòu)對壓力脈動的調(diào)制和抑制的影響，表明適度增大節(jié)距角差量和阻油面長度可更好地抑制壓力脈動。最后，提出了有效降低旋渦泵壓力脈動峰值的非等距葉輪解決方案，最終解決方案的噪聲測試結(jié)果表明，軸向旋渦式燃油泵的中高頻噪聲得到顯著抑制，降噪效果明顯，燃油泵NVH性能得到了有效提升。
　　本文初步揭示了軸向旋渦式燃油泵內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)和能量交換特性，以及壓力脈動產(chǎn)生機(jī)理和頻譜