The engine cooling system is an important part of the engine’s performance to achieve optimum temperatures in cylinders and provide cooling to subsystems. With increasing emission demands from legislation, further development of the cooling system is necessary. An important component in the engine cooling system is the pump that produces the necessary flow rate to cool down the components. The pump is connected to the drive shaft with a pulley so improvements in the pumps efficiency will directly affect the fuel efficiency of the vehicle. With more variations and increasingly complex system design different performance stages of the pump are necessary to provide desired flow rates depending on system design. To enable a rapid design of performance stages of pumps, a calculation model is constructed to predict the performance of an engine cooling pump based on the geometry of the impeller and pump casing. The model includes the main head losses that occur within a centrifugal pump both in the impeller and pump casing. The model is based on quasi one-dimensional calculations of velocity triangles in impeller and pump casing. The head losses are modelled with correlations from literature that are compared to test data from reference pumps. The developed model provides a pump - , hydraulic efficiency – and power curve based on main geometrical parameters. A design tool and procedure is constructed to suggest main geometry parameters for the impeller based on a desired operational point. The design tool is constructed on design coefficients based on reference pumps test data and correlations from literature. Together with the calculation model an impeller flow channel can be designed to achieve the desired operational point. Two impellers are designed and manufactured by rapid prototyping that are tested by an experimental test to verify the model and design tool. The result show that the calculation model captures the general behaviour of the pump curve and is within 1-10% accuracy. The calculation model and the design tool are designed to assess the performance of the main geometry parameters in the impeller and pump casing. Further optimization and studies of the complete flow field to assess secondary flows and cavitation behaviour can be done by numerical methods. The calculation model and design tool constructed provides a rapid way of designing new impellers and an easy method to perform parameter studies on changes in impeller geometry. / Motorns kylsystem är en viktig del av motorns prestanda för att uppnå optimal temperatur i cylindrarna och för att tillhandahålla kylning till de olika delsystem. Med ökade utsläppskrav från lagstiftning har kylsystemet och dess fortsatta utveckling en viktig roll för att möta dessa. En viktig komponent i kylsystemet är pumpen som tillhandahåller den nödvändiga flödeshastigheten för att kyla ner de ingående komponenterna. Pumpen drivs av drivaxeln med remdrift vilket medför att verkningsgraden på pumpen direkt påverkar bränsleförbrukningen. Utvecklingen går mot att kylsystemet blir mer varierat och snabbt ska kunna anpassa sig till nya kylbehov vilket medför att olika prestandasteg på pumpen är nödvändiga för att kunna garantera tillräcklig flödeshastighet. För att förkorta ledtiderna i processen av att designa olika prestandasteg av en kylvätskepump har en beräkningsmodell utvecklats som kan förutsäga pumpens prestanda baserat på impellerns och pumphusets geometri. I modellen ingår de största strömningsförlusterna som uppstår i en centrifugalpump både i impellern och i pumphuset. För att modellera förlusterna som uppstår används korrelationer som är anpassade och korrelerade mot test data från referenspumpar. Modellen beräknar en pumpkurva, hydraulisk verkningsgradskurva och en effektkurva baserat på pumpens geometri. Ett designverktyg och ett tillvägagångssätt för att designa impellrar är också framtaget som är baserat på beräkningsmodellen samt en given designpunkt. Designverktyget använder olika designkoefficienter som är baserade på tidigare test data samt etablerade korrelationer. Tillsammans med beräkningsmodellen kan flödeskanalen designas baserat på en given designpunkt av flöde, tryckhöjd och rotationshastighet. Med hjälp av designverktyget är två impellrar designade och tillverkade genom friformsframställning vilka provas för att verifiera modellen och designverktyget. Resultatet visar att beräkningsmodellen kan prediktera pumpkurvans beteende med en noggrannhet på 1-10%. Beräkningsmodellen samt designverktyget är baserat på de huvudsakliga geometriparametrarna i impellern och pumphuset. För att fullständigt analysera flödesfältet i pumpen samt optimera designen och bedöma kavitationsrisken krävs en numerisk analys. Beräkningsmodellen och designverktyget ger ett snabbt tillvägagångssätt för att designa och utvärdera prestandan i en pump samt göra enkla parameterstudier av designparameterar i pumpen.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-169673 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Björkman, Joel |
| Publisher | KTH, Kraft- och värmeteknologi |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0021 seconds