作者：鄭凡，金永鎮(zhèn)，鄧湘，卜江華，周龍龍

嵐圖汽車科技有限公司，武漢

隨著新能源汽車的快速發(fā)展，熱管理系統(tǒng)發(fā)揮著越來越重要的角色，而未來熱管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是開發(fā)集成熱管理模塊系統(tǒng)，將冷卻液側(cè)和冷媒側(cè)的各系統(tǒng)部件集成在一個超級模塊里面，具有性能提升，減重降本的優(yōu)勢。而新能源汽車對NVH性能的要求越來越高，集成模塊將多個回路的水泵集成在一個模塊里面，水泵安裝方式為插入式，水泵泵頭的形狀和尺寸也發(fā)生很大的變化。

集成式熱管理模塊的水泵為泵頭直接插入裝配在集成水壺（集成流道板）內(nèi)。如圖1所示暖風水泵的入水口縮短直接插入集成水壺水道內(nèi)，水泵與水壺水道之間采用徑向密封；暖風水泵的出水口縮短至蝸殼上跟集成水壺的水道直接相連配合。相對于傳統(tǒng)分布式熱管理系統(tǒng)，水泵安裝在支架上，布置位置調(diào)整度較大，進出水管口由膠管進行連接。集成水壺插入式水泵的蝸殼的形狀變化較大，水泵的出水口的脈動噪聲，湍動能等影響較大，且水泵的振動及腔體噪聲有放大風險。本文通過研究水泵蝸殼隔舌的圓角大小對水泵性能和流動噪聲隨流量的變化規(guī)律及特性，通過計算仿真及臺架和整車測試，來驗證一種優(yōu)化水泵噪聲的方法。

暖風水泵的設(shè)計參數(shù)如表1所示。水泵軸頻：f1=n/60=80Hz，葉片通過頻率：fBP=8f1=640Hz^[1-3]。如圖2所示水泵葉輪結(jié)構(gòu)示意圖。

葉輪連續(xù)掠過隔舌時，葉輪與隔舌間空間位置固定的流體微團受到周期性擠壓，其壓力出現(xiàn)周期性波動，并對外輻射壓力脈動， 反作用于葉輪上產(chǎn)生周期性不平 衡的徑向力，導致機體振動。動靜干涉引起的隔舌處流體壓力脈動是離心泵內(nèi)部振動主要激勵源之一（如圖3所示） 。本文利用CFD仿真手段分析35W暖風水泵隔舌圓角大小的影響。

計算設(shè)定：工況設(shè)定：13L/min，葉輪轉(zhuǎn)速4800rpm（軸頻80，葉頻640）；體網(wǎng)格數(shù)：水泵入口流量500萬多面體網(wǎng)格，葉輪表面和隔舌頭處進行網(wǎng)格細化；湍流模型：RANS SST K-ω模型；工作介質(zhì)：水；計算方法：定常初場-凍結(jié)轉(zhuǎn)子法、瞬態(tài)計算-滑移網(wǎng)格法；隔舌圓角：R0.2（原狀態(tài)），R2（對策方案）。如圖4，圖5所示：

壓力監(jiān)測點設(shè)置：Ф43基圓與圓角圓心、基圓圓心連線的交點A。待瞬態(tài)運行六個循環(huán)后，開始記錄測點A的壓力脈動數(shù)據(jù)。如圖6所示。

水泵不同隔舌圓角大小其附近流場對比（圖7）。對速度場及壓力場，壓力脈動時域，壓力脈動頻譜進行仿真計算分析隔舌圓角大小對瞬態(tài)壓力脈動特性的影響。

增大隔舌圓角后，葉輪前端與隔舌間間隙增大，因而動靜干涉減弱，從壓力脈動的頻域?qū)Ρ确得黠@減弱，其作為振動激勵源的影響也隨之減弱。

為充分研究隔舌圓角大小對水泵噪聲的影響，在方案設(shè)計過程中設(shè)定了R0.5，R1，R1.5，R2，R2.5，R3六種不同圓角的方案。根據(jù)實際測試及綜合評估隔舌R角對水泵性能的影響，R1和R2圓角的效果最佳。本文選取R1和R2圓角方案分析壓力脈動頻域?qū)Ρ龋鐖D9所示：

可以得出結(jié)論：R2隔舌圓角水泵壓力脈動在640Hz的葉頻幅值遠小于R1圓角水泵；在軸頻、葉頻二倍頻、葉頻三倍頻壓力脈動幅值大于R1圓角水泵。

暖風水泵高轉(zhuǎn)速時車內(nèi)噪聲突出，主觀感受非常差，噪聲峰值在600-650Hz，經(jīng)分析峰值為水泵8階噪聲。

圖10為93%&90%占空比base 狀態(tài)測試結(jié)果。車內(nèi)主駕噪聲645Hz峰值聲壓級36.5dB（A）。

水泵內(nèi)部出口處渦舌圓角改制如圖11所示R1和R2兩種方案，改善水泵出水壓力脈動。

對策后方案驗證結(jié)論：1.主駕內(nèi)耳水泵8階噪聲，整體降低5-10dB（A），占空比93%降低約20dB（A），主觀感受改善明顯；2.對策后，右后內(nèi)耳水泵8階噪聲，占空比90%降低約20dB（A），主觀感受改善明顯；3.對策后，暖風水泵轉(zhuǎn)速略有降低。如圖12-14所示。

如表2和表3試驗結(jié)論：1、R1對策后，主駕水泵8階噪聲，占空比93%降低約20dB（A），主觀感受改善明顯，主觀評價5.5?7分；2、R2硬模件對策后，主駕水泵8階噪聲，占空比93%降低約21dB（A），右后噪聲也降低約5.3dB（A）主觀感受改善明顯，主觀評價5.5?7.5分；3、建議按照R2方案推進整改。

水泵不同隔泵隔舌R角和間隙，對水泵性能影響較大。水泵旋轉(zhuǎn)將產(chǎn)生的力矩傳遞給液體，液體獲得動能，帶動液體流動，進行冷卻循環(huán)的過程。通過計算水泵進出口的環(huán)量差和轉(zhuǎn)子的軸功，可求得水泵的揚程和效率^[4-7]。水泵的揚程是指單位質(zhì)量的液體通過水泵后獲得的能量，即水泵吸入口與出口的單位質(zhì)量的液體獲得的機械能，單位m。水泵揚程計算公式（1）。

m=Q×ρ，為1s內(nèi)的液體質(zhì)量m；

F=m×g，為1s內(nèi)的液體重力F；

W1=F×H，為1s內(nèi)水泵將液體泵至揚程高度所做的功，即水泵實際功率（P1）；P=P1/η，即水泵實際功率除以效率為電機輸入功率；根據(jù)上述過程：

水泵蝸殼隔舌R角的性能對比測試，從圖15可看出水泵隔舌R2圓角的揚程H在同等流量下最大可達7.2m，優(yōu)于R1圓角方案。同時功率P及效率η也略好于隔舌R1方案水泵。

通過仿真和試驗測試，可以得到以下結(jié)論：

（1）將水泵蝸殼隔舌R圓角由R0.2改到R2后，主駕內(nèi)耳水泵8階噪聲（645Hz），整體降低20dB(A)，主觀感受改善明顯；增大隔舌R角是改善水泵階頻噪聲的一種有效方案。

（2）增大水泵隔舌圓角后，葉輪前端與隔舌間間隙增大，因而動靜干涉減弱，壓力脈動幅值明顯減弱，其作為振動激勵源的影響也隨之減弱。R2隔舌圓角水泵壓力脈動幅值小于R1圓角水泵。

（3）水泵的隔舌R1的揚程及效率要略低于水泵隔舌R2方案。

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文章來源：易貿(mào)AUTO行家