汽车发动机的其应用环境比较特殊，作为发动机冷却系统的重要组成部件之一，其工作效果将直接影响到汽车发动机的冷却效果
。冷却系统顾名思义，指的是维持发动机工作温度环境正常的工作系统。冷却系统能够带走引擎因燃烧所产生的热量，将引擎温度控制在合理范围之内。根据冷却方式的不同，市面上常用的发动机可以分为两种类型，分别是气冷式及水冷式发动机。其中，水冷式发动机取得的冷却效果如何，直接取决于水泵的工作性能。目前国内部分发动机水泵生产加工企业，并未冷却水泵的设计开发中跟随时代发展趋势，没有及时更新设计理念、方法。设计要点依然局限在寿命、可靠性和成本上，在一定程度上忽视了对水泵效率的设计，导致汽车水泵工作效率不能达到用户的预期，这一问题亟待改进。
③ 王燕晶.“中国风”歌曲流行现状及其在对外汉语教学中的应用[J].四川:四川理工学院学报社会科学版第26卷第5期,2011.
汽车发动机冷却水泵，实际设计、安装的整套流程，会被安装空间所限制。为了在有限的环境内充分发挥出发动机冷却水泵的性能，设计出了体积小、制作简便，利于批量生产等发动机冷却水泵
。冷却水泵包含泵体、叶轮、轴连轴承、水封、皮带轮等部件。其中，叶轮属于核心功能部件的范畴，叶轮的规格参数及结构设计，对冷却水泵性能将产生直接且深远的影响
。冷却水泵的叶轮有盖板的被称为开式叶轮，无盖板的被称为闭式叶轮。另外根据分类方式的不同，还有铸铁叶轮、冲压叶轮、塑料叶轮、直叶片叶轮、单曲率叶片叶轮、空间扭曲形叶片叶轮等等
。目前国内在发动机冷却水泵的叶轮设计中，开始向国外先进设计企业学习新技术，塑料叶轮的设计逐步落地。冷却液既能随叶轮旋转，又能在同一时间从转动着的叶轮中流出
。
根据以上内容，可以发现无论汽车发动机冷却水泵中的叶轮使用的哪一种设计形式，当叶轮叶片处于工作状态时，都会给内部液体带来一定量的阻力，首次影响水泵工作效率就会降低
。汽车发动机冷却水泵中使用开式的叶轮，主要优势在于结构简单，成型制造便捷；
开式的叶轮应用不足在于对壳体配合读有着较高的要求，在其应用后大大增加了泵体流道表面加工、水泵总成装配的精度，工作难度有所提升
。同时这种的叶轮结构工作效率相对较低，可能会造成能源及经费的浪费。目前扭曲叶片叶轮在工业用泵领域已经得到广泛的应用，其应有优势在工业用泵领域也已得到广泛肯定
。但在汽车水泵叶轮的设计方面，较少会用到扭曲叶片叶轮，更多采用圆柱形叶片叶轮。这是因为扭曲叶片叶轮的结构尺寸较小，叶轮成型困难。为了更好的达成汽车节能的发展目标，可以对汽车发动机冷却水泵叶轮结构对其性能的影响进行分析，从新材料的应用和新结构设计两个方面提升车发动机冷却水泵节能效果
。
2.1 计算模型及边界条件
模型建立：研究中将某型汽车水泵作为研究对象。工作参数调整完全符合设备使用需求的前提下，设计开式和闭式 叶供冷却水泵使用，构建出两种叶轮零件的立体模型。叶轮零件三维模型如图1所示。得出叶轮零件的立体模型后，即可得出计算区域模型。区域由进口、叶轮、蜗壳及出口这四大部分构成。其中关键零部件蜗壳，以及叶轮水体的模型如图2所示。为更快得出更精准的研究计算结果，适当对计算区域进口部分进行简化，简化设计为圆柱形。为提升对比计算的精准度，研究中适当延长了出口部分的水体长度。装配模型如图3所示。构建出清晰明确的模型图，创造了丰富的计算对比有利条件，有助于提升后续工作效率，提升后续工作成果。在进行汽车水泵的内部流场的CFD计算的准备工作中，需要进行计算区域离散化，将设计完备的计算模型导入软件，完成网格划分。非结构化网格边是能够持续性保持正交性的，因此其延展比的实际控制难度并不高，也很容易生成自适应网格，这样的优势条件给计算精度的提升创造了充足的便捷条件
。
内流场对比分析：数据计算完成后，将结果整理分析水泵中截面上的流动状态，对比两种叶轮水泵设计在内部流态的优劣。以图像的形式表现出水泵中截面静压分布，将为对比闭式和开式叶轮设计对水泵性能的影响增加真实性数据，观察更清晰，结果更精确。对比分析发动机水泵中截面静压分布云图像特征，发现两种叶轮设计下，从进口到出口的过程中，叶轮结构承受的压力都逐渐增加。冷却水进入泵体后，扩散过程中其动能被逐渐转化为压能，受黏性流体和惯性力作用，半径增大，压力增大。进口位置受此影响易出现低压区，易被汽蚀。经研究对比，闭式叶轮入口处有较为显著的低压区，这也表明闭式叶设计有助于改善水泵汽蚀性能。
边界条件设置：根据既往相关研究结果显示，用 CFD方法对比不同流体机械内部流场的工作情况意义重要。这种研究方式经多次实践，证实结果真实、可靠。数据结果可以作为研究流体机械工作情况，探究流体机械改进方式的重要依据。本次研究中，设计开式和闭式 叶供冷却水泵使用，构建出两种叶轮零件的立体模型。对两组模型分别进行了全流场三维数值的计算。
2.2 数值模拟结果分析
区域内出露的地层主要为太古界太华群、中元古界长城系熊耳群、蓟县系高山河群、新元古界官道口群、中生界白垩系、新生界古近系、新近系和第四系等，其中太古界太华群在区域北部出露，构成本区古老的结晶基底，主要由一套变质达角闪岩相的中深变质岩及少量混合岩组成，为本区金矿物质的主要来源之一。
外特性对比分析：数据计算完成后，将结果整理得到汽车水泵的流量-效率曲线和流量-扬程曲线，以此直观地表现出数值模拟结果。对比发现，开式叶轮水泵设计在额定工况下的扬程较高，对比闭式叶轮水泵设计的工作效率，开式叶轮水泵设计效率显著较低。对比闭式叶轮水泵设计的功率，开式叶轮水泵设计消耗功率显著较高。据此判断闭式叶轮在工作效率、功率消耗方面的优势较为显著。
④与Ⅱ对比,得出的结论(写出两点):____。定向移动”和“电极反应生成H+、OH-”两个因素影响,从实验结果看,电极反应比离子定向迁移速率明显要快,所以电极反应对电极附近pH的影响是主要因素
为观察水泵内部流态，研究截取水泵中截面流线。发现开式叶轮截面流线内部存在明显的漩涡和回流，而叶轮内部回流会降低离心泵性能。这是因为漩涡的出现会损耗水泵工作中的能量，严重时其引发的噪声和振动，严重影响冷却水泵工作状态。观察水泵中截面流线，发现闭式叶轮内部流动更顺畅，回流问题极少出现，在流动状况上的优势较为显著。
分析两种模型中截面的湍动能分布，发现湍动程度可反映湍流脉动程度。对比两种叶轮水泵设计在湍动能分布方面的优劣，发现开式叶轮内部存在明确的流动紊乱问题，叶轮内部湍动能较大，受扰动影响损失了较大流动能。对比发现，闭式叶轮无明显流动紊乱问题，湍动能较小
。结合水泵中截面静压分布，发现闭式叶轮获得的压升显著较高，而需要的输入功率较低，水力效率较高，对比开式叶轮在节省能量方面优势明显。
2.3 试验验证
对发动机闭式叶轮水泵设计进行样机试验，以验证数值模拟可行性。流量-扬程曲线、流量-效率曲线分别如图4、5所示。观察流量-扬程曲线，发现设计工况点附近，研究计算得到的扬程数值，同样机模拟试验得到的扬程数值，两者基本符合。小流量工况点处，研究计算得到的扬程数值数值偏小，大流量工况点数值偏差则相反。观察流流量-效率曲线如，发现在大流量工况点，效率计算数值偏大，数值偏差与流量增长间的正相关关系明显。在小流量工况点，效率计算结果同样机模拟试验得到的数值，两者基本符合。尽管试验结果、数值计算结果存在偏差无法避免，但通过观察变化趋势，依然可以得出相符合的结论，模拟结果可靠性高、真实有效，为水泵叶轮优化设计提供参考。上述研究中使用的CFD 计算对水泵工作性能影响因素的考虑并不足够充分，汽车冷却水泵在实际运行中。设备面临的细节问题只会是更加复杂的。上面对数值计算的结果的分析为不同叶轮形式对汽车冷却水泵性能的影响提供了参考。
以某型汽车水泵为研究对象，选用开式和闭式的叶轮，对比使用性能。依靠Fluent软件提供模拟技术支持，构建了叶轮内部流动的立体化的模型。在全流场三维数值模拟基础上，验证了闭式叶轮的工作性能。数值计算结果发动机冷却水泵采用闭式叶轮设计，在水力效率、汽蚀性能、流动稳定流畅性方面优势较大。对发动机闭式叶轮水泵设计进行样机试验，以验证数值模拟可行性。尽管试验结果、数值计算结果存在偏差无法避免，但通过观察变化趋势，依然可以得出相符合的结论，模拟结果可靠性高、真实有效，为水泵叶轮优化设计提供参考。即发动机冷却水泵性能将受到叶轮形式的直接影响。对于汽车发动机冷却水泵，采用闭式叶轮设计优势显著。叶轮结构形式对水泵效率具有举足轻重的作用。通过分析上述内容，可知保持汽车发动机水泵其他零件结构不变时，将叶轮设计成闭式空间扭曲叶片，对提升冷却水泵工作效率的帮助作用是比较突出的。但这种冷却水泵叶轮设计形式，国内发动机水泵设计的经验相对不足，加工制造中遇到了很多现实问题，模具设计等工序的难度较高。因此目前绝大多数的汽车发动机水泵加工企业，没有选择产出这种闭式空间扭曲叶片叶轮。随着技术的发展以及加工制造经验的积累，未来加工企业如果能获得这种闭式空间扭曲叶片叶轮成熟的加工技术，势必可以实现发动机冷却水泵叶轮设计制造的一次新突破，不断设计调试模具，借鉴以往额叶轮模具设计经验，加大方案推广力度，提升相关产品设计质量。
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