Глава 4. Расчёты охладителей наддувочного воздуха и водо-воздушных радиаторов.

Конструктивные параметры ПТ реальных теплообменников; полные алгоритмы расчётов основных видов расчётных задач; прямая и обратная задачи; описания программ расчётов основных видов расчётных задач; расчёты водо-воздушных радиаторов как частный случай расчётов ОНВ.

Охладители наддувочного воздуха ДВС являются рекуперативными теплообменниками (в них теплопередача организована через стенку, разделяющую теплоносители). Поверхность теплообмена (ПТ) в этих теплообменниках обычно выполняется оребрённой со стороны воздуха и гладкой со стороны воды. Такие ПТ могут быть созданы на базе различных конструктивных элементов и, соответственно, значительно отличаться между собой. Можно предложить классификацию ПТ, на основе которой они различаются по виду и типу. Тип ПТ определяется по особенностям конструкции её основного элемента. В частности, бывают ПТ трубчатые, трубчато-пластинчатые, пластинчатые, листоканальные и др. Внутри каждого типа ПТ различают по виду.

Соответственно, трубчатые ПТ могут быть выполнены в виде коридорных пучков круглых труб с шайбовым или ленточным индивидуальным оребрением. Возможно исполнение трубчатых ПТ в виде шахматных пучков круглых труб с индивидуальным ленточным или шайбовым оребрением.

Известны виды трубчатых ПТ из плоскоовальных труб с групповым оребрением плоскими пластинами или с групповым оребрением фигурнотампованными рассечёнными пластинами и т.д.и т.п. Пластинчатые ПТ могут по виду быть оребрёнными или гладкоканальными. Вид оребрения может быть очень разнообразным, в частности, возможно оребрение сплошной пластиной, сдвинуто-рассечённое оребрение, штампованное формированное и т.п. Некоторое представление о вариантах современных ПТ для ОНВ даёт рис.4.1.

Рис. 4.1 Типы поверхностей теплообмена ОНВ;

а) пучок труб с индивидуальным ленточным оребрением; б) пучок плоско-овальных труб с групповым оребрением плоским ребром; в) пучок плоско-овальных труб с ленточным оребрением; г)трубчато-пластинчатая ПТ; д) пластинчато-ленточная ПТ; е) пластинчато-ребристая ПТ.

Расчёты теплообменников из разных ПТ имеют существенные различия в алгоритмах, что связано с особенностями геометрий соответствующих ПТ. Одновременно для всех возможных вариантов ПТ имеются и общие элементы расчётов. В данной работе рассматривается общая основа расчётов ОНВ и предлагается подробный алгоритм расчёта для частного случая трубчатой ПТ. Здесь рассматривается ПТ в виде шахматного пучка круглых труб с индивидуальным ленточным накатным оребрением при поперечном движении воздуха относительно оси труб.

4.1. Конструктивные параметры пт реальных теплообменников

При расчётах шахматных пучков труб с индивидуальным накатным оребрением используют основные расчётные размеры, указанные на рис 4.2. Ряд этих размеров непосредственно используется в последующих расчётах. Одновременно на их основе вычисляются характерные геометрические размерные и безразмерные комплексные параметры. Использование некоторых разразмеров нуждается в пояснении.

Так, следует отметить различие между габаритными размерами пучка Lп,Bп и его расчётными размерами L,B. Первые являются его действительными конструктивными размерами, отмеряемыми по габаритам пучка.

Пучок с расчётными размерами отличается тем, что если его разместить без зазора и смещения рядом с таким же пучком, то образованный блок не будет иметь искажения геометрическойструктуры ПТ в месте соединения. Использование пучка с габаритными размерами в таком же случае приведёт к искажению геометрической структуры ПТ. Отмеченное положение особенно важно учитывать при исследованиях модельных пучков. В них на границах пучков и корпуса вставляют специальные вставки, чтобы сохранить в этих местах неизменной структуру потока. В дальнейшем при выполнении расчётов также следует учитывать указанное обстоятельство.

Расчётные размеры выражаются через формулы:

L = S2Z2 ; B = S1Z1 .

Габаритная и расчётная высоты пучка или расстояния между трубными досками совпадают

Hп = H .

Формулы для определения габаритных размеров даны далее в табличных формах расчётов. Расчётные размеры пучка используются при выводе расчётных формул и, соответственно, при анализе алгоритма расчётов. При реализации расчётной методики применяется переход от расчётных размеров к габаритным на основе простых и очевидных связей.

На основании размеров, указанных на рис. 4.2, определяются следующие комплексные размерные параметры:

fр , м²/м – площадь поверхности рёбер, приходящаяся на 1м длины трубки;

fтр, м²/м – площадь поверхности участков гладкой трубки между рёбрами на длине 1 м трубки;

fп , м²/м – полная площадь оребрённой поверхности теплообмена трубки, приходящаяся на

1м её длины;

fg , м²/кг – полная площадь оребрённой поверхности трубки, приходящаяся на единицу её массы – коэффициент массовой компактности ПТ;

fv , м²/м³ – коэффициент объёмной компактности ПТ – полная площадь поверхности со стороны воздуха, приходящаяся на единицу объёма пучка ОНВ; теоретически

где F, м², – полная площадь оребрённой поверхности для всего ОНВ со стороны воздуха; можно различать идеальное (теоретическое) значение площади Fт и действительное (конструктивное) значение Fд:

где Z – общее число трубок в ОНВ;

Fт и Fд приближаются по своим значениям с увеличением абсолютных размеров ОНВ; соответственно значениям Fт и Fд, а также объёмам Vт = LBH и Vд = LпBпHп допустимо определять и применять в расчётах разные значения fv – теоретическое (соответствует записанному выше) и действительное (при использовании конструктивных параметров пучка);

Fw, м² – полная площадь неоребрённой поверхности со стороны воды для всего ОНВ;

f, м² – площадь живого сечения пучка для прохода воздуха (со стороны оребрения);

fw , м² – площадь живого сечения пучка ОНВ для прохода воды ( живое сечение одного хода по воде).

В качестве безразмерных геометрических параметров используются:

у – коэффициент оребрения; у = F / Fw ;

ц – коэффициент стеснения воздушного канала;

цw – коэффициент стеснения водяного канала;

Расчётные формулы для вычисления всех геометрических параметров даны в табличной

форме алгоритмов расчётов.