汽车电子产品设计论文提纲

论文题目：汽车电子水泵多工况优化设计研究

摘要：本文在国家自然科学基金项目“离心泵进口畸变流诱导噪声作用机理研究”（编号:51509108）、江苏省自然科学基金项目“离心泵低噪声水力优化设计及关键技术研究”（编号:BK20150516）以及汽车电子水泵横向委托项目的资助下完成,本论文还受到国家重点研发项目“复杂环境工程抢险关键技术研究及应用示范”课题的资助（2018YFC0810505）。在全球节能减排的大背景下,汽车产业迎来电动化、智能化、网联化和共享化的重大变革,发展新能源汽车已上升为我国的国家战略之一。冷却水泵是汽车冷却系统的核心部件,以往的机械式冷却水泵主要是由发动机驱动,其输出与发动机的转速耦合在一起,已不能满足新形势下产业发展的需要。随着多国政府公布禁售燃油车时间表,广大汽车零部件厂商纷纷进行汽车电子水泵研发。国内汽车电子水泵研制起步较晚,产品效率远低于世界领先水平。在节能减排的基本国策下,进行高效汽车电子水泵优化设计研究具有重要意义。本文采用理论分析、数值优选和试验验证的方法对某一汽车电子水泵进行了多工况水力优化设计研究。主要研究工作和创新点如下:1.通过对汽车冷却系统发展历史的分析,认为汽车电子水泵是汽车冷却水泵未来的发展方向,在高转速下提升其多工况的效率是当前的技术难点和重点。传统水泵设计主要基于半经验半试验,设计周期较长,而汽车零部件产业升级换代较快,亟需引入智能优化方法并搭建自动优化平台用于汽车电子水泵的水力开发中。2.基于汽车电子水泵设计要求,设计了本文研究的模型泵样机,基于CFD方法对模型泵内流场进行初步数值计算,并进行了外特性能试验验证。研究结果表明:SST k-ω湍流模型可以用于汽车电子水泵性能预测,其全流量下扬程和效率的模拟值与试验值变化趋势基本一致,模拟扬程均大于试验扬程,设计流量下,模拟扬程与试验扬程之间的相对误差较小,计算精度基本满足后续优化要求。3.采用速度系数法对汽车电子水泵进行了参数化设计,依靠经验分析选取了4个叶轮关键参数作为优化变量,并设计了正交试验优化方案,选取0.8Qd、1.0Qd、1.25Qd三个流量点作为考核点,以三工况下加权平均效率最高为目标函数构建了数学模型。采用与原方案一致的数值模拟方法对所有方案进行计算,得到各方案的目标值,采用极差分析和方差分析获得了最优方案。通过对比分析优化前后外特性变化及内部流动变化情况,掌握了汽车电子水泵性能提升的相关规律。研究结果表明:叶片数改变对该模型泵性能影响最为显著,因素对目标影响的主次顺序为Z＞D2＞b2＞β2;优化后各点扬程均有一定的提高,优化方案的加权平均效率提高了3.29%;小流量工况下效率提升并不明显,优化后最优工况点效率提高了3.66%,随着流量变大,优化方案效率提升显著,高效区得到有效拓宽。4.基于Isight软件搭建了汽车电子水泵智能优化平台,通过软件提供的程序接口和Windows批处理命令将CFturbo、ICEM与CFX软件集成在一起,采用MIGA多岛遗传算法对汽车电子水泵性能进行了多工况智能优化。研究结果表明:优化后汽车电子水泵的最高效率提高了2%,且大流量工况效率提高了3.09%,设计工况点的扬程与之前相比有明显提高,三工况下的效率加权平均为55.24%,比优化前提高2.02%,达到了优化的目的;优化后叶轮流道内流态较为平缓,流动损失更小;优化后的压力分布较优化前更为均匀,且由轮毂向轮缘压力逐渐增大,优化后叶片前缘压力有效降低。5.以提高汽车电子水泵电机散热性能为目标,提出一种空心轴自循环结构对后泵腔流场进行重新构建,在原模型泵流场数值计算的基础上,对比了优化结构与原模型泵结构的外特性及内部流场。研究结果表明:两种方案下扬程效率几乎一致,仅在小流量下扬程存在一定的偏差;加入空心轴回流槽结构后,叶轮出口少部分液体平顺地进入后泵腔并从回流槽中流出,融入叶轮进口流动,形成自循环,可对电机起到较强的冷却作用,极大的促进了机泵的可靠运行。

关键词：汽车电子水泵;高效;水力设计;智能优化;泵腔结构

学科专业：动力工程（专业学位）

摘要

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 汽车电子水泵研究

1.2.2 离心泵内部流动研究

1.2.3 优化设计方法研究

1.3 研究现状总结

1.4 本文主要研究内容

第二章 汽车电子水泵能量损失分析和性能预测方法研究

2.1 汽车电子水泵能量损失分析

2.1.1 汽车电子水泵典型结构

2.1.2 汽车电子水泵能量损失分析

2.2 汽车电子水泵性能预测方法研究

2.2.1 模型泵设计及网格划分

2.2.2 控制方程与湍流模型

2.2.3 边界条件设定

2.3 汽车电子水泵性能试验

2.3.1 试验台简介

2.3.2 试验结果分析

2.3.3 外特性对比

2.3.4 压力脉动分析

2.4 本章小结

第三章 汽车电子水泵多工况正交优化设计

3.1 汽车电子水泵加大流量法设计

3.2 正交优化

3.2.1 优化数学模型

3.2.2 正交试验设计

3.3 优化结果分析

3.3.1 统计分析

3.3.2 外特性对比

3.3.3 内流场对比

3.4 本章小结

第四章 基于ISIGHT平台的汽车电子水泵智能优化

4.1 智能优化平台搭建

4.2 三维参数化设计模块

4.2.1 参数化模块的集成

4.2.2 脚本文件编写

4.3 数值计算模块

4.3.1 网格划分模块

4.3.2 CFD性能计算模块

4.4 汽车电子水泵多工况智能优化

4.4.1 优化变量与目标

4.4.2 多岛遗传算法

4.5 优化结果分析

4.5.1 外特性对比

4.5.2 内流场对比

4.5.3 试验验证

4.6 本章小结

第五章 电子水泵泵腔流动分析

5.1 汽车电子水泵模型

5.1.1 三维建模

5.1.2 网格划分

5.2 流场计算设置

5.3 计算结果分析

5.3.1 外特性对比

5.3.2 内流场对比

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 研究总结

6.2 研究展望

参考文献

附录1 极差分析与方差分析Matlab程序

附录2 Cfturbo脚本文件部分代码

致谢