- •I. Гидравлический расчет системы охлаждения двс. Исходные данные для расчетов.
- •Расчет гидравлического диаметра трубок для радиатора системы охлаждения двс.
- •II. Тепловой расчет радиатора двс.
- •Построение графиков зависимостей мощности теплового потока q1 и коэффициента теплопередачи k от гидравлического диаметра трубокdг
II. Тепловой расчет радиатора двс.
Исходные данные для расчетов.
Таблица 4.
Исходные данные
Наименование показателя |
Обозначение показателя |
Единица измерения показателя |
Численное значение показателя |
Мощность теплового потока, отводимого от ДВС в охлаждающую жидкость |
Q |
кВт |
35 |
Объемный расход воздуха через радиатор |
G02 |
1,9 |
|
Размер радиатора по глубине |
a |
м |
0,1 |
Размер радиатора по ширине |
b |
м |
0,4 |
Длина радиаторных трубок |
lр |
м |
0,4 |
Коэффициент оребрения |
ψ |
- |
8,5 |
Толщина стенок трубок радиатора |
δ |
м |
0,1∙10-3 |
КПД радиатора |
ηр |
- |
0,97 |
Средняя температура охлаждающей жидкости |
t1ср |
°С |
75 |
Плотность охлаждающей жидкости |
ρ1 |
975 |
|
Удельная теплоемкость охлаждающей жидкости при постоянном давлении |
cp1 |
4190 |
|
Коэффициент теплопроводности охлаждающей жидкости |
λ1 |
0,666 |
|
Коэффициент кинематической вязкости охлаждающей жидкости |
ν1 |
0,39∙10-6 |
|
Температурный коэффициент объемного расширения охлаждающей жидкости |
βт1 |
К-1 |
6,02∙10-4 |
Средняя температура воздуха в радиаторе |
t2ср |
°С |
20 |
Плотность воздуха |
ρ2 |
1,21 |
|
Удельная теплоемкость при постоянном давлении воздуха |
cp2 |
1005 |
|
Коэффициент теплопроводности воздуха |
λ2 |
2,59∙10-2 |
|
Коэффициент кинематической вязкости воздуха |
ν2 |
15∙10-6 |
|
Температура охлаждающей жидкости на входе в радиатор |
t1` |
°С |
80 |
Температура охлаждающей жидкости на выходе из радиатора |
t1`` |
°С |
70 |
Температура воздуха на входе в радиатор |
t2` |
°С |
15 |
Коэффициент теплопроводности алюминия (материал - алюминий) |
λм |
385 |
Тепловой расчет радиатора с числом трубок равным десяти (n = 10).
-
Определяем величину массового расхода воздуха:
(),
где ρ2 - плотность воздуха, ;
G02 - объемный расход воздуха через радиатор, .
2) Определяем температуру воздуха на выходе из радиатора, принимая мощность теплового потока, полученной при охлаждении горячего теплоносителя Q1 равной заданной величине мощности теплового потока, отводимого от ДВС в охлаждающую жидкость Q:
(°С),
где t2` - температура воздуха на входе в радиатор, °С;
ηр - КПД радиатора;
cp2 - удельная теплоемкость при постоянном давлении воздуха, .
3) Определяем мощность теплового потока, полученную тепловым носителем:
Из уравнения теплового баланса для системы охлаждения:
(кВт).
Из уравнения теплопередачи:
, кВт.
где k – коэффициент теплопередачи;
А – площадь поверхности теплообмена;
– среднелогарифмический температурный напор.
4) Определяем режим течения воды внутри трубок радиатора.
Критерием служит значение критического числа Рейнольдса Reкр = 2300. Значение числа Рейнольдса (рассчитанное в разделе I) Re = Re1 = 100386,67.
Так как Re1 = 100386,67 > Reкр = 2300 режим течения воды внутри трубок радиатора будет турбулентным.
5) Для случая турбулентного течения воды внутри трубок радиатора значение критерия Нуссельта определяют по формуле:
где εL – поправочный коэффициент, учитывающий влияние начального участка, так как > 50, то εL = 1;
lр - длина радиаторных трубок, м;
Re1 - критерий Рейнольдса для охлаждающей жидкости;
Pr1 - критерий Прандтля для охлаждающей жидкости;
Prст - критерий Прандтля для стенок трубок радиатора;
6) За определяющую температуру, при которой определяются теплофизические параметры теплоносителя, принята средняя температура воды:
(°С),
где t1` – температура охлаждающей жидкости на входе в радиатор, °С;
t1`` – температура охлаждающей жидкости на выходе из радиатора, °С.
7) Значение критерия Прандтля определяют при определяющей температуре, равной средней температуре стенок трубок:
(°С).
По справочнику определяем значение критерия Прандтля для стенок трубок радиатора:
Prст = 7.
8) Определяем значение критерия Прандтля для охлаждающей жидкости:
,
где cp1 - удельная теплоемкость охлаждающей жидкости при постоянном давлении, ;
ρ2 - плотность охлаждающей жидкости, ;
ν1 - коэффициент кинематической вязкости охлаждающей жидкости,;
λ1 - коэффициент теплопроводности охлаждающей жидкости,.
9) Определяем значение критерия Нуссельта для охлаждающей жидкости:
10) Определяем коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубок:
().
11) Определяем критерий Нуссельта для случая поперечного обтекания пучка труб в радиаторе:
где Re2 – критерий Рейнольдса для воздушного потока;
Pr2 – критерий Прандтля для воздушного потока;
– поправочный коэффициент, учитывающий угол между направлением течения потока и осью труб, следовательно при 90°С = 1;
εs – поправочный коэффициент, учитывающий влияние поперечного S1 и продольного S2 шагов;
с` и n` – коэффициенты, зависящие от взаимного расположения труб.
12) По рис. 2 «Поперечное сечение радиатора (n=10) определяем шаги:
S1 = 70 мм = 0,070 м;
S2 = 60 мм = 0,060 м.
Рисунки с трубками далее!!!!
Так как отношение шагов > 2, то для шахматного расположения пучка труб εs = 1,12, если < 2, то εs = ; с`= 0,41 и n`= 0,6;
Для всех трубок (n=10,50,100,200,400) < 2.
εs10 =1,03
εs50 =1,1
εs100 =0,98
εs200 =1,1
εs400 =0,98
13) Определяем площадь живого сечения по воздуху:
Аж = lр∙(b-n1∙(dг+2∙δ)),
где b – размер радиатора по ширине, м;
δ – толщина стенок трубок радиатора, м;
n1 – количество трубок, расположенных во фронтовом сечении радиатора (см. рис. 2 «Поперечное сечение радиатора (n=10)»);
n1 = 3 трубки во фронтовом сечении радиатора с числом трубок равным десяти.
Аж = 0,4∙(0,4-5∙(2,787013∙10-3+2∙0,1∙10-3)) = 0,154 (м2).
14) Определяем фронтовую поверхность радиатора:
Афр = b∙lр = 0,4∙0,4 = 0,16 (м2).
15) Определяем коэффициент живого сечения:
.
16) Определяем скорость воздуха перед фронтом радиатора:
.
17) Определяем критерий Рейнольдса для воздушного потока:
,
где ν2 – коэффициент кинематической вязкости воздуха,.
18) Критерий Прандтля для воздуха слабо зависит от температуры и в диапазоне значений температур 10 ÷ 30°С можно принять Pr2 = 0,703.
19) Определяем критерий Нуссельта для случая поперечного обтекания пучка труб в радиаторе:
20) Определяем коэффициент теплоотдачи от оребренной поверхности трубок к воздуху:
где λ2 – коэффициент теплопроводности воздуха,.
21) Определяем коэффициент теплопередачи:
где λм – коэффициент теплопроводности алюминия (материал - алюминий),;
ψ – коэффициент оребрения.
22) Определяем среднелогарифмический напор:
(°С).
23) Определяем поверхность теплообмена:
А = π∙dср∙n∙lр;
где dср = dг + δ = 2,787013∙10-3+0,1∙10-3 = 2,887013∙10-3 (м);
А = 3,14∙2,887013∙10-3 ∙10∙0,4 = 36,26∙10-3 (м2).
24) Из уравнения теплопередачи определяем мощность теплового потока, полученную тепловым носителем:
25) Тогда мощность теплового потока, полученной при охлаждении горячего теплоносителя, определяется по формуле:
Расчет для радиатора с числом трубок равным пятидесяти, ста, двумстам, четыремстам (n = 50, 100, 200, 400) ведется аналогично тепловому расчету радиатора с числом трубок равным десяти (n = 10).
Итоговые данные приведены в таблице 5.
Таблица 5.
Полученные значения искомых величин при тепловом расчете радиатора ДВС с числом трубок равным 10, 50, 100, 200, 400
n, шт |
dг∙10-3, м |
S1, м |
S2, м |
α1, |
α2, |
k, |
Q1, кВт |
10 |
2,787013 |
0,070 |
0,060 |
55965,72 |
312,5 |
2711,41 |
6,37 |
50 |
1,510141 |
0,035 |
0,020 |
46483,34 |
404,7 |
3464,6 |
25,87 |
100 |
1,159928 |
0,018 |
0,020 |
42913,73 |
468,70 |
3756,2 |
35,68 |
200 |
0,89089 |
0,018 |
0,010 |
39553,77 |
570,04 |
4216,5 |
66,74 |
400 |
0,684438 |
0,009 |
0,010 |
36577,37 |
574,01 |
4475,5 |
103,32 |