
- •1. Послідовність та склад курсової роботи
- •2. Термодинамічний аналіз двигуна внутрішнього згорання із змішаним підводом теплоти
- •Розрахунок економічної ефективності бензинового та дизельного двигунів внутрішнього згорання
- •4. Тепловий розрахунок радіатора системи охолодження автомобіля
- •Література
- •Додатки
4. Тепловий розрахунок радіатора системи охолодження автомобіля
Завдання.
Визначити площу поверхні нагріву
рекуперативного поверхневого
газоповітряного теплообмінника при
прямо- і протиточній схемах руху
теплоносіїв, якщо об’ємна витрата
повітря, що нагрівається при нормальних
умовах
,
початкові і кінцеві температури
продуктів згоряння і повітря відповідно
взяти з табл. 3. Для розрахунків початкові
дані:
– атмосферний
тиск;
Вт/(м·К)
– коефіцієнт теплопровідності рідини;
– відстань
між пластинами;
Вт/(м·К)
– коефіцієнт теплопровідності повітря;
;
кг/м3
– густина повітря;
– температура
рідина на вході;
– відстань між ребрами;
–
відстань
між трубками;
– рядна
відстань між центрами трубок.
Таблиця 3
Вихідні дані до завдання
Остання цифра шифру |
м3/с |
0С |
Перед-остання цифра шифру |
Значення температури, 0С |
|||
|
|
|
|
||||
0 |
0,065 |
75 |
0 |
510 |
300 |
60 |
360 |
1 |
0,075 |
77 |
1 |
530 |
310 |
40 |
350 |
2 |
0,083 |
79 |
2 |
550 |
320 |
30 |
260 |
3 |
0,111 |
81 |
3 |
570 |
330 |
20 |
310 |
4 |
0,139 |
83 |
4 |
590 |
400 |
10 |
300 |
5 |
0,167 |
84 |
5 |
610 |
410 |
0 |
350 |
6 |
0,194 |
85 |
6 |
630 |
420 |
10 |
290 |
7 |
0,22 |
86 |
7 |
650 |
430 |
15 |
275 |
8 |
0,250 |
87 |
8 |
670 |
440 |
20 |
240 |
9 |
0,278 |
88 |
9 |
690 |
470 |
25 |
290 |
Таблиця 4
Вихідні дані до завдання
Остання цифра шифру |
|
Дж/(кг*К) |
|
|
|
Па |
0С |
м/с |
|
Па |
|
0 |
3312 |
980 |
0.8 |
0,022 |
0,00014 |
590 |
20 |
6 |
600 |
100256 |
0,56 |
1 |
595 |
8 |
|||||||||
2 |
3368 |
1022 |
0.86 |
0.024 |
0.00015 |
600 |
22 |
10 |
650 |
100488 |
0,58 |
3 |
605 |
12 |
|||||||||
4 |
3470 |
1078 |
0.92 |
0,026 |
0,00016 |
610 |
26 |
14 |
750 |
100725 |
0,6 |
5 |
615 |
16 |
|||||||||
6 |
3521 |
1096 |
0.95 |
0,028 |
0,00017 |
620 |
28 |
18 |
850 |
100968 |
0,62 |
7 |
625 |
20 |
|||||||||
8 |
3667 |
1134 |
1 |
0,030 |
0,00018 |
630 |
30 |
22 |
1000 |
101289 |
0,64 |
9 |
635 |
24 |
4.1. Радіатор фактично є теплообмінним апаратом для повітряного охолодження рідини, що поступає від нагрітих деталей двигуна.
Тому розрахунок радіатора, як і будь-якого теплообмінного апарату, полягає у визначенні поверхні теплообміну, необхідної для передачі тепла від охолоджувальної рідини до повітря, що обдуває цю поверхню. Крім того, завжди проводиться гідравлічний розрахунок рідинного і повітряного трактів, оцінка компактності і коефіцієнта корисної дії радіатора.
У системах рідинного охолодження автомобільних і тракторних двигунів зазвичай застосовуються два типи конструкцій теплопередаючих поверхонь: трубчасто-пластинчаті і трубчасто-стрічкові. В основі теплового розрахунку теплообмінника є принцип теплових балансів, який полягає у наступному: кількість теплоти, яку віддали продукти згоряння у теплообміннику рівна кількості теплоти, яку сприйняло повітря, що підігрівається і рівна кількості теплоти, яка теплопередачею передалась від продуктів згорання повітрю через теплопередаючу поверхню (стінку внутрішньої труби).
де
кількість теплоти, яку віддали продукти
згоряння, Вт;
кількість
теплоти, яку сприяло повітря, що
підігрівається, Вт;
кількість
теплоти, яка теплопередачею передалась
від продуктів згоряння до повітря, що
підігрівається теплопередачею через
стінку внутрішньої труби, Вт.
4. 2. Підраховуємо кількість теплоти, яку сприйняло підігріватиме повітря у теплообміннику із рівняння:
де
середня питома ізобарна теплоємність
повітря для температури повітря
,
з таблиць фізичних властивостей повітря
(додаток 3), Дж/(кг·К);
густина
повітря для
з таблиць фізичних властивостей повітря
(додаток 3), кг/м3.
об’ємна
витрата повітря, табл. 3, м3/с;
відповідно
температура повітря після теплообмінника
і на вході в нього, табл 3, 0С.
4.3. Радіатор фактично є теплообмінним апаратом для повітряного охолодження рідини, що поступає від нагрітих деталей двигуна.
Тому розрахунок радіатора, як і будь-якого теплообмінного апарату, полягає у визначенні поверхні теплообміну, необхідної для передачі тепла від охолоджувальної рідини до повітря, що обдуває цю поверхню. Крім того, завжди проводиться гідравлічний розрахунок рідинного і повітряного трактів, оцінка компактності і коефіцієнта корисної дії радіатора.
У системах рідинного охолодження автомобільних і тракторних двигунів зазвичай застосовуються два типи конструкцій теплопередаючих поверхонь: трубчасто-пластинчаті і трубчасто-стрічкові.
Розрахуємо основні характеристики для трубчасто-пластинчатої конструкції радіатора. Згідно з рекомендаціями, виберемо тип трубних грат : шахова з плоскоовальними трубками (рис 3).
Рис. 3. Конструктивний тип грат (шаховий з плоскоовальними трубками)
4.4. Розрахунок розпочинається з визначення сумарного прохідного (живого) перерізу трубок одного ходу потоку рідини в радіаторі:
,
де
– питома ізобарна теплоємність рідини,
табл. 4;
– густина рідини, табл. 4, кг/м3;
,
–
коефіцієнт обліку гідровтрат в трубках;
– температурний
напір у радіаторі, приймаємо
;.
Живий переріз однієї плоскоовальної трубки визначається за формулою:
,
де
– висота трубки радіатора, табл. 4;
– ширина
трубки радіатора,
(рис.4).
– товщина
трубки радіатора, табл. 4.
Рис.4. Схема осередку остову радіатора
Оцінимо можливе сумарне число трубок в трубних гратах радіатора :
.
Приймаємо
для
,
для
,
для
.
Тоді
число трубок в одному ряду по фронту
буде:
.
З таким числом трубок і по глибині і по
фронту укладеться ціле число елементів.
4.5 Середня температура рідини в радіаторі вибирається, виходячи з таких міркувань: при примусовій циркуляції рідини в системі охолодження температура на вході в радіатор розраховується:
,
де
–
температура на виході з радіатора, табл.
3, 0С.
Оптимальне значення температури на вході, яка характеризує температурний режим системи рідинного охолодження. Виходячи з набутих значень, визначимо середню температуру рідини в радіаторі:
.
4.6. Визначимо число Рейнольдса :
,
де
– швидкість рідини, табл. 4,
;
згідно
з рекомендаціями[2].
Еквівалентний діаметр знайдемо за формулою:
,
де
–
площа перерізу трубки (див. мал. 4)
;
.
4.7. Вичислимо критерій Нуссельта для рідини:
,
де
–
емпіричні коефіцієнти, згідно рекомендації
[2] для
(
).
4.8. Вичислимо коефіцієнт тепловіддачі рідини :
,
Де Вт/(м·К) – коефіцієнт теплопровідності рідини.
4.9
Коефіцієнт тепловіддачі від грат до
повітря
визначається
аналогічно.
Еквівалентний діаметр знайдемо за формулою:
,
де
– площа перерізу середини
(див. рис.
5);
– відстань між пластинами, згідно умови завдання;
– згідно
умови завдання;
Рис. 5. Схема комірки остову радіатора
4.10.
Середня температура охолоджувального
повітря, що проходить через радіатор
вибирається, виходячи з таких міркувань.
Температурний перепад в радіаторах
вибираємо з табл. 4.
Оптимальне значення температури на
вході, приймається:
.
Виходячи з набутих значень, визначимо середню температуру повітря, що проходить через радіатор :
.
4.11. Число Рейнольдса :
,
де
швидкість руху повітря,
(табл.
4 );
приймаємо
згідно з рекомендаціями [2].
4.12. Вичислимо критерій Нуссельта для повітря:
,
де
–
емпіричні коефіцієнти, згідно рекомендації
для повітря.
4.13 Вичислимо коефіцієнт тепловіддачі від трубки до повітря:
,
де
–
коефіцієнт теплопровідності повітря,
згідно умови задачі, Вт/(м·К);
4.14. Визначимо коефіцієнт теплопередачі радіатора за формулою:
,
де
– згідно
умови задачі;
– коефіцієнт
теплопровідності
стінки трубки, вибираємо для матеріалу
стінок - ЛАТУНЬ Л 62;
– коефіцієнт
обребрення трубок грат,
– площа
внутрішньої поверхні трубки на довжині
кроку ребер
(умова задачі),
для цього типу грат рівна:
.
– сумарна
поверхня трубки і умовного ребра,
припаяного до неї:
,
де
.
Площа ребра:
.
Коефіцієнт обребрення трубок грат повинен знаходитись у межах норми.
Отримане
значення
порівнюємо з експериментальним значенням
і приймаємо найменше.
Для
відповідного значення
по рис. 6 відповідає
,
для шахового розташування трубок.
4.15. Визначимо середнє значення тиску повітря в радіаторі:
,
Де
– тиск на вході у радіатор,
;
– тиск
на виході з радіатора,
;
– падіння тиску у радіаторі, табл. 4,Па.
Рис.
6. Коефіцієнт теплопередачі радіатора
і аеродинамічний опір радіаторів
залежно від масової швидкості повітря:
1 – шахове розташування трубок під кутом до повітряного потоку; 2 – шахове розташування трубок; 3 –; 3 - рядне розташування трубок; 4 – ; 4 - трубчато-стрічкові радіатори.
Знайдемо загальну поверхню охолодження радіатора :
Вичислимо і оцінимо коефіцієнт корисної дії радіатора (теплову ефективність) :
.
Радіатор вийшов компактним, і час ефективним, його ККД має бути в межах 0,7…0,9.