汽车水泵是汽车发动机冷却系统中最重要的部件之一,其性能的优劣直接对汽车发动机的冷却系统乃至整个发动机稳定运行具有重要意义。在新产品开发设计过程中必须重点关注水泵内部流动,外特性的预测,水泵在高速运转时的振动特性。本文以某汽车水泵厂家开发的新款水泵为研究对象,采用数值模拟与试验相结合的方法,对该水泵内部流场和转子振动特性展开研究,主要内容包括:(1)介绍了离心式汽车水泵的工作原理。按照速度系数法确定了叶轮的基本参数,运用三维造型软件UG建立了水泵的三维模型,利用布尔运算得到水泵全流道模型。(2)采用PumpLinx软件对不同叶轮模型进行了CFD数值模拟,发现水泵密封环间隙对扬程和功率影响较大,增加间隙会大大降低水泵扬程和效率,而平衡孔对水泵扬程和功率影响较小。将外特性的模拟结果与试验结果进行对比,试验所得的效率和扬程曲线均略低于模拟结果,两者的性能曲线吻合较好,验证了数值计算结果的可靠性。(3)建立水泵内流场CFD分析模型,进行定常CFD计算,得到不同流量工况下水泵内部静压分布、速度等流动细节。在水泵蜗壳弯出段外侧有一低压区,在该处容易引起水力损失;然后以定常计算的结果作为初始条件对设计工况下模型进行了非定常数值计算,分析了叶轮汽蚀和气泡体积分数分布情况,指出了叶轮吸力面会有较大的汽蚀区域。通过数值模拟得到叶轮表面的流体压力,为转子的模态分析奠定了基础。(4)运用协同仿真平台Workbench,不考虑阻尼和惯性作用,运用单向流固耦合方法对水泵转子结构进行模态分析。对比转子的自由模态和预应力下模态,得到转子固有频率大于高速旋转承受预应力时的动态固有频率,但两者的振型基本一致。对水泵进行振动测试及信号分析,发现水泵径向振动烈度要大于轴向的振动烈度,水泵转子的叶频及其谐频的振动加速度均小于各转速下的最大径向加速度数值,说明机械诱导振动是水泵振动的主要原因。本文旨在分析水泵内流场和转子振动特性,这对于改善水泵的运行特性及水泵的优化设计具有重要的理论意义和实用价值。