Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Metodichka_Kyrsova.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.03.2025
Размер:
819.2 Кб
Скачать

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

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

кг/м3

Дж/(кг*К)

м

Па

,

0С

,

м/с

Па

,

Па

м/с

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.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]