3. Методика расчета радиатора

3.1. Расчет количества трубок

Количество оребренных трубок (рис. 2) определяется по формуле

n = ψN/Q₁, (3.1)

где ψ – доля тепла, отводимая от двигателя радиатором, составляет 0,25…0,27; N – мощность двигателя, Вт; Q₁ – тепло, отводимое одним элементом 300…700 Вт.

Рис. 2. Элемент оребренной трубки

3.2. Расчет коэффициента теплоотдачи от воды к стенке

Для течения в трубе зависимость критерия Nu_ж от числа Rе_ж определяется режимом течения. При ламинарном режиме течения существенную роль играет участок формирования потока в начале трубы. Другими словами, теплообмен будет зависеть от отношения диаметра к длине трубы (высоте трубки) и может быть рассчитан для ламинарного режима течения по следующим критериальным соотношениям:

> 12 и Rе_ж < 1·10⁴; (3.1)

< 12 и Rе_ж< 1·10. (3.2)

В случае турбулентного режима течения

при 10⁴ < Rе_ж < 5·10⁶. (3.3)

В формулах (3.1)  (3.3): Nu_ж = (α_жd_э)/λ_ж – безразмерный критерий Нуссельта ; Rе_ж = (υ_жd_э)/ ν_ж – безразмерный критерий Рейнольдса; Рr_ж = ν_ж/a_ж – безразмерное число Прандтля; α_ж –коэффициент теплоотдачи от жидкости к стенке, Вт/(м²·С); λ_ж – коэффициент теплопроводности жидкости, Вт/(м·С); υ_ж – скорость жидкости, м/с; ν_ж – кинематическая вязкость жидкости, м²/с; а_ж – коэффициент температуропроводности жидкости, м²/с; Н – длина трубки, м; d_э – эквивалентный диаметр трубки некруглой формы, м (эквивалентный диаметр определяется как

d_э = 4f / П,

где f – площадь сечения трубки, м²; П – смачиваемый периметр, м).

3.3. Расчет коэффициента теплоотдачи от стенки к воздуху

Со стороны воздуха основным геометрическим размером, определяющим теплообмен, является расстояние между ребрами. Этот размер будет рассчитан, поэтому в первом приближении за определяющий размер принимается размер ребра вдоль потока. В этом случае можно использовать следующие критериальные зависимости между плоской пластиной и потоком воздуха:

при Rе_в < 5·10⁴; (3.4)

при 10⁴ < Rе_в < 5·10⁶, (3.5)

где Nu_в = α_вb/λ_в; b – размер ребра, м; Rе_в = (υ_вb)/ν_в); Рr_в = ν_в/а_в; размерности параметров α_в, λ_в, υ_в, ν_в и а_в такие же, как в формулах (3.1)  (3.3).

Здесь следует отдавать предпочтение формуле (3.5) до значения числа Rе_в ≈ 10⁴, так как поток воздуха, набегающий на радиатор, уже турбулентный, потому что проходит через облицовку и жалюзи радиатора.

3.4. Определение средней температуры теплоносителей и средней температуры стенки трубки

Рис. 3. Схема температурного напора

Схема изменения температур теплоносителей представлена на рис. 3. Температуры воды и воздуха на входе задаются, средняя температура теплоносителей рассчитывается по уравнениям (1.1) и (2.7). Например, для воздуха

(3.6)

где G_в – массовый расход воды или воздуха, кг/с; – соответствующая средняя удельная массовая теплоемкость воды или воздуха, Дж/(кг ·С).

Массовые расходы воды G_ж и воздуха G_в определяются из следующих соотношений:

G_ж = ρ_жυ_жf ; (3.7)

G_в = ρ_вυ_вS. (3.8)

Здесь: ρ_ж и ρ_в – плотность воды и воздуха, кг/м³; υ_ж и υ_в – скорость воды и воздуха, м/с; f – площадь сечения трубки по внутреннему диаметру, м²; S = H (а – d_тр ) – площадь «живого» сечения для воздуха, м²; H – длина трубки, м; а – расстояние между осями трубок, м; d_тр – наружный диаметр трубки, м.

Средняя температура стенки трубки определяется из соотношения (2.1):

. (3.9)