A2-02 · 基础理论与共性技术 / 流体、两相流与湿空气
待认领listed
→
众筹中recruiting
→
已开课open · Course 售卖
一课题可并存多讲师版本
课程大纲
学完能做什么
- 能在一张图上求出泵/风机的工作点，并判断它落在效率岛的哪个位置
- 能用相似定律把某转速的曲线换算到另一转速，定出按需调速表
- 能算 NPSHa 并判断电子水泵在最恶劣工况下有没有气蚀风险
- 能判断串联/并联加泵到底解不解决问题
- 能给出风扇—散热器—护风罩的匹配判据，避开失速区
内容大纲
- 特性曲线读法
- 泵：H-Q（扬程—流量）、η-Q、P-Q、NPSHr-Q 四条曲线各自回答什么
- 风机：全压/静压—风量曲线，以及驼峰左侧的失速区（全压/静压/动压三者的定义、换算与表压/绝压基准，权威出处是 A2-06，本课只用其结论、不重复定义）
- 曲线的标定条件：水 vs 50/50 乙二醇、常温 vs 实车温度，不换算就用是错的
- 电子水泵/无刷风扇的转速族曲线与 PWM 占空比的对应
- 扬程 H 是液柱高度、压升是压力：H 与 ρgH 的对应、以及泵进出口压力的表压/绝压基准，统一按 A2-06 的口径，本课不重复定义
- 特性曲线的反用：正向是由转速求流量做选型，反向是由转速+泵进出口压差回到转速族曲线上反查流量——车上装不下流量计时的流量估计入口
- 工作点求交
- 系统阻力曲线 Δp = R·Q^n 与泵曲线的交点即工作点，唯一确定
- 阻力变化（阀切换、模式切换、结垢、AGS 关闭）让工作点沿泵曲线滑动
- 设计点要留裕度但别过量：过量选型会让常用工况长期跑在小流量低效端
- 风机落在驼峰左侧＝失速：风量跳变、噪声突增，台架上还看不出来
- 相似定律与调速
- Q ∝ N、H ∝ N²、P ∝ N³：降一点转速省很多功，这是按需冷却的根据
- 变频/PWM 调速 vs 节流调节：后者把能量白扔在阀上
- 相似定律的边界：Re 跨度大、效率不严格守恒时会偏，需台架校核
- 比转速 n_s 判断该选离心/混流/轴流，以及曲线的陡缓；n_s 只到机型层为止，再往下映射到叶轮 D2/D1、叶宽比与子午形状属水力几何设计，见 G5-05
- 功率法反推流量：由轴功率或占空比经 η = P_hyd/P_shaft 与 P_hyd = ρgHQ 反解 Q；误差直接继承本课已讲的三处边界（介质黏温使标定曲线失效、效率岛随转速漂移、相似定律在低转速/Re 大跨度失准），只给趋势与量级
- 气蚀、失速与可靠性
- NPSHa = (p_in − p_v)/(ρg) + v_in²/(2g)，需 NPSHa > NPSHr 且留裕度
- 膨胀壶高度、系统压力、冷却液温度三者一起决定 NPSHa，高温工况最危险
- 溶解空气析出与排气不净：泵内噪声 + 流量塌陷，常被误判成泵坏
- 风机堵转、失速与电机/轴承温升的连带失效
- 串并联、匹配与整车落地
- 并联泵加流量、串联泵加扬程；高阻系统阻力曲线陡，并联往往白加一个泵
- 风扇静压需求由空气侧阻力链决定，匹配问题在 A2-05 里算
- 多回路共泵 vs 一路一泵：成本、控制自由度、流量分配三者权衡
- NVH：转速台阶设计、共振转速回避、变速率限制
关键公式
H_pump(Q) = H_sys(Q) = R·Q^n
工作点方程：泵/风机曲线与系统阻力曲线求交，工作点由两条曲线共同决定，不能单独指定
Q₂/Q₁ = N₂/N₁；H₂/H₁ = (N₂/N₁)²；P₂/P₁ = (N₂/N₁)³
相似（affinity）定律：调速换算的基本工具，也是低负荷降转速省泵功的量化依据
P_hyd = ρgHQ；η = P_hyd/P_shaft
水力功率与效率；用来判断工作点是否落在效率岛内，而不只是「流量够不够」
NPSHa = (p_in − p_v)/(ρg) + v_in²/(2g) > NPSHr
有效气蚀余量必须高于泵的必需值并留裕度；p_v 随冷却液温度陡升，高温工况先校核
Δp_fan(V̇) = Σ Δp_air,i(V̇)
风机静压需求＝空气侧总阻力，风量由这条等式定；阻力链的算法见 A2-05
n_s = N·√Q / H^(3/4)
比转速：选型时判断该用离心式还是轴流式，以及特性曲线的陡缓程度
关键概念
扬程—流量曲线系统阻力曲线工作点效率岛相似定律比转速NPSHa / NPSHr气蚀风机失速驼峰区PWM 调速按需冷却
推荐工具与标准
GT-SUITE / KULI（泵—回路求交、风扇—散热器匹配） Simcenter Flomaster（管网 + 泵曲线库） AMESim（泵/风机部件库与调速控制） 泵/风扇供应商选型软件与特性曲线数据表 泵/风机性能台架（H-Q、P-Q、NPSHr 曲线测绘）
ISO 9906（回转动力泵：水力性能验收试验） ANSI/AMCA 210 · ASHRAE 51（风机气动性能试验） ISO 5801（风机性能试验：标准风道法） GB/T 泵与风机性能试验方法相关标准
工程案例
某纯电平台电子水泵选型：按快充峰值选了大一档的泵，日常工况却长期跑在小流量端，效率低还被投诉噪声。回到曲线上看，常用工作点根本不在效率岛内。改法是换小一档泵 + PWM 按需调速，峰值靠短时高转速顶，泵功按 N³ 掉下来。
动手做
交付物 · 拿一台电子水泵的转速族曲线和 A2-01 的系统阻力曲线：① 求 100%/75%/50% 转速下的工作点、流量与效率；② 用相似定律换算并核对偏差；③ 算最恶劣工况的 NPSHa 并比对 NPSHr。交付调速表（工况→转速→流量→泵功）。
常见误区
- 拿厂家用水标定的 H-Q 曲线直接用在 50/50 乙二醇上：ρ 变了扬程折成压升要改，低温 μ 上来还会拉低泵效
- 只看流量够不够、不看效率岛：泵压得出流量不等于选对了，长期低效点既吃续航又给自己加热
- 扬程不够就并两个泵：高阻系统阻力曲线陡，并联后工作点右移很少，白加成本和一份失效风险
- 忘了校 NPSHa：膨胀壶位置低、系统压力低、冷却液温度高时最容易气蚀，现象是噪声+流量塌陷
- 风机选在驼峰左侧：台架阻力偏小时看着风量够，装车后阻力上来就进失速，风量跳变、噪声突增
相关课题