机油泵是汽车润滑系统中的核心部件，主要结构形式包括齿轮式和转子式。其中，转子式泵因为结构紧凑、运转平稳、供油量大、流量脉动小、吸油真空度高及容积效率较高等诸多优点而被广泛用作中、小型四冲程内燃机润滑泵。因其齿轮的齿廓为摆线，又被称为摆线泵。摆线泵是一种典型的流体机械，其在运行时，内部发生着复杂的流体现象。本质上讲，正是流体的流动状况影响着泵的性能。目前，研究人员主要通过理论分析和实验研究这两种手段对泵性能进行分析。利用理论公式设计齿廓的摆线线型，计算理论排量，流量脉动等;依靠实验分析泵的实际工作特性，如流量随出口压力的变化等。通常，理论排量和实际流量相差较大，因为间隙泄漏、空化现象等影响流动状况，在转速高、出口压力大的情况下，这种影响更加显著。随着计算机技术的发展，使得应用CFD技术模拟复杂流体问题的可能性增强，本文采用FLUENT软件的动网格模型对某汽车用摆线泵进行CFD模拟。

　　二、CFD模拟分析

该油泵为摆线泵，主要由内、外转子，机油泵体及机油泵盖等零件组成(摆线泵三维实体模型如图1所示)。内转子固定在机油泵传动轴上，外转子自由安装在泵体内，并与内转子啮合转动。内转子之间有一定偏心，外转子凹齿数比内转子凸齿数多一个齿，外转子齿数为11，内转子齿数为10。

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　　图1摆线泵三维实体模型

　　1.计算模型和边界条件

由摆线泵的CAD三维模型通过布尔运算，获取泵内的流体域。模型中最大程度地保留了模型的几何特征，包括倒角、间隙等细节特征，内外齿啮合间隙最小为0.06mm。进出口段流道为静止区域(图2)，内外齿啮合间的区域为旋转区域(图3)。

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　　2.网格划分

使用ANSYSICEMCFD软件分别对摆线泵的进出口段流道部分进行网格划分，采用非结构化的四面体网格(摆线泵进出口段流道网格如图4所示)。使用HyperMesh软件对摆线泵的旋转区域部分进行网格划分，采用三棱柱网格(摆线泵旋转区域网格如图5所示)。使用Tgrid软件将网格合并，摆线泵网格总数约23万。在FLUENT中，使用GridInterfaces功能将摆线泵进出口段网格与旋转区域网格合并成完整的计算模型，实现静止区域与动态区域的数据传递。

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　　3.物理模型与边界条件设置

　　在摆线泵CFD分析过程中，认为油液在泵内的流动是不可压缩的粘性湍流流动，采用标准的k—ε湍流模型和标准的壁面方程，“压力—速度”的耦合采用非结构网格的SIMPLEC算法，采用“压力入口+压力出口”的边界条件。泵内工质为5W30发动机润滑机油，工作温度为120℃，其密度为850kg/m3，动力粘度为0.0051Pa& #8226;s。

　　泵的计算工况如下：转速为1000r/min;入口表压为0kPa;出口表压分别为150kPa、300kPa、400kPa、500kPa、600kPa、700kPa和800kPa。由于旋转区域采用的是拉伸四面体面网格而形成的三棱柱网格，在FLUENT中选用2.5DDynamicMesh模型。

　　三、CFD求解计算结果

根据设计需要，对摆线泵模型进行各种不同运转工况条件下的模拟分析。图6为1000r/min、出口压力150kPa工况下，摆线泵内部压力分布情况;图7为1000r/min、出口压力150kPa工况下，摆线泵壁面速度分布情况。

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　　　　四、CFD计算结果与理论计算试验结果对比

　　摆线泵理论流量近似计算公式为http://www.idnovo.com.cn/uploadfile/magazine/uploadfile/201110/20111017034047413.jpg其中为内转子齿顶圆半径，为内转子齿根圆半径，为转子的宽度，为内转子转速(r/min)。根据所获得的相关数据，计算该摆线齿轮在转速1000r/min工况下的理论排量为20.8L/min。

　　摆线泵的流量特性曲线如图8所示。转速1000r/min、出口压力150kPa工况下，CFD计算流量为14.47L/min，并且随着出口压力的增大，流量呈下降趋势。可见，计算结果较理论流量偏低，这是由于泵在加工、装配过程中，各部件间存在一定的间隙(通常在10-5m的量级)，包括：端面间隙、齿顶间隙和齿侧间隙。这些间隙导致了工质部分从高压区回流到低压区，造成一定的容积损失。同时，泵在工作状态下，难免会出现局部的空化现象，使得部分区域被气体所占据，也会降低泵的容积效率。

　　转速1000r/min、出口压力150kPa工况下，试验所测得流量为14.0L/min，与CFD计算所得14.47L/min较为接近，误差较小，验证了摆线泵CFD计算结果的可靠性。

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　　图8摆线泵流量特性曲线

　　五、结语

　　通过FLUENT软件的动网格功能，可以精确计算摆线泵的流场及流量特性。将CFD模拟分析与理论计算和试验研究相结合，能更有效地了解摆线泵的流量特性与泵内部流动特性，为产品设计提供理论依据。