4.4. Расчёты водо-воздушных радиаторов как частный случай расчётов онв

Охладители воды наземных двигателей, а также некоторых типов судовых двигателей выполняются в виде водо-воздушных теплообменников (радиаторов) в соответствии со сказанным ранее. По виду применяемой поверхности и по особенностям работы в потоках теплоносителей эти теплообменники очень близки к охладителям наддувочного воздуха. Отличия в работе связаны в основном с параметрами воздушного потока, который проходит через радиатор при давлении, близком к атмосферному, и при начальной температуре, близкой к температуре окружающего воздуха. Воздух через радиатор прокачивается вентилятором, как правило осевого типа, в связи с чем воздушное сопротивление радиаторов обычно не превышает 1000…1500Па. В связи с отмеченным радиаторы обычно имеют относительно большую площадь фронтальной поверхности пучка со стороны воздушного потока и относительно малую глубину пучка по ходу воздуха. С учётом низкого давления воздуха и тем, что второй теплоноситель обычно лишён коррозионной активности (дистиллированная вода с ингибиторами, тосолы, антифризы), стенки водяных каналов ПТ обычно выполняются с малой толщиной (0,2…0,3мм). В водо-воздушных радиаторах современных двигателях энергоёмкость воздушного потока может быть как меньше, так и больше энергоёмкости водяного потока. В первом случае режим работы радиатора подобен режиму работы ОНВ на номинальном режиме. Во втором случае режим работы радиатора подобен режиму работы ОНВ при регулировании температуры воздуха за ним уменьшением расхода воды. Поверхность теплообмена со стороны воздуха работает в условиях специфических загрязнений, причём специфика дифференцируется в зависимости от типа машины, на которой применяется радиатор. Например, для дорожных машин это одни условия, для сельскохозяйственных – другие. Соответственно имеются рекомендации по выбору геометрических параметров ПТ. В частности, в зависимости от назначения дифференцируются шаги между рёбрами и трубками [3]. Кроме упомянутого, при выборе ПТ учитывается её вибрационная и ударная стойкости, необходимые в условиях работы радиаторов на транспортных средствах, подверженных значительным ускорениям разных величин и знаков. Отмеченные особенности не исключают возможности применения типично радиаторных ПТ для ОНВ и наоборот.

Методики расчётов водо-воздушных радиаторов принципиально не должны отличаться от методик расчётов ОНВ. Постановка основных расчётных задач, ход и содержание алгоритма расчётов должны быть идентичными. При этом следует принять во внимание, что использование ПТ с иной геометрией требует внесения существенных (но не принципиальных) изменений в программу расчёта, связанных с иными граничными условиями по сопротивлению и теплообмену, а также с необходимостью использования иных формул для определения геометрических параметров ПТ. Кроме упомянутого следует иметь в виду возможное отличие алгоритмов, связанное с изменением отношения энергоёмкостей воздушного и водяного потоков по сравнению с таким же отношением для ОНВ. Если энергоёмкость воздушного потока становится больше энергоёмкостиводяного потока, то изменяются основные уравнения компактного алгоритма решения прямой и обратной задач (4.5) и (4.9). В этом случае для прямой задачи аналогичное уравнение будет иметь вид

Для обратной задачи

Всем выше сказанным практически исчерпываются особенности расчётов водо-воздушных радиаторов, отличающие их от расчётов охладителей наддувочного воздуха. Из этого следует, что в определённых случаях ОНВ и радиаторы могут рассчитываться по одним и тем же методикам и, соответственно, по одинаковым программам. Таким образом, нет необходимости рассматривать методику расчёта радиатора как особую и отдельную. В учебных курсах НУК предлагаются табличные методики расчётов основных видов расчётных задач для радиаторов. Они учитывают те небольшие особенности, о которых говорилось выше, и написаны с учётом применения типично радиаторных ПТ. Их также можно считать вариантами расчётов ОНВ с иными видами поверхности теплообмена. В частности, рассмотренный выше пример расчёта ОНВ базировался на использовании ПТ из шахматных пучков труб с индивидуальным накатным оребрением. Расчёты радиаторов базируются на применении ПТ из пучков плоско-овальных труб с групповым оребрением плоскими поперечными пластинами. Рассматриваются пучки с шахматным и коридорным расположением труб. Табличные методики расчётов приводятся в виде распечаток таблиц Excel, на основе которых выполнены соответствующие программы расчётов. Таблицы снабжены необходимыми омментариями и иллюстрациями. Ход расчётов по приведенным таблицам или по соответствующим программам совершенно аналогичен таковому для ОНВ с учётом отмеченных особенностей. Работа с программами также совершенно аналогична работе с программами расчётов ОНВ. В связи с этим описания программ расчёта радиаторов здесь не рассматриваются.

Особенности расчётов воздушно-масляных радиаторов.

Охлаждение масла двигателей может производиться водой или иным капельным теплоносителем в жидкостно-масляных теплообменниках (МО или ЖМТ) или может выполняться воздухом в воздушно-масляных радиаторах (МР). Такой способ охлаждения масла имеет свои преимущества и недостатки, но в среднем для наземных транспортных двигателей применяются и те и другие охладители масла с примерно одинаковым успехом. Особенностью МР является то, что внутри труб движется масло с относительно малым коэффициентом теплоотдачи от него к стенкам. В связи с тем, что масло может иметь значительные давления (на пусковых режимах до 1,5МПа), трубки изготавливают обычно более прочными, чем для водо-воздушных радиаторов. Впрочем, наличие группового оребрения снаружи трубок позволяет даже относительно тонкостенным трубкам успешно противостоять высоким давлениям жидкого теплоносителя. Коэффициенты теплоотдачи масла и воздуха весьма невелики и близки по значению, поэтому трубки желательно оребрять с обеих сторон. Оребрение поверхности теплообмена со сторон обоих теплоносителей должно быть близким по величине коэффициента оребрения. Иные варианты поверхностей теплообмена могут применяться по технологическим причинам, с учётом возможностей их изготовления.

Принципиально методики расчётов МР не должны существенно отличаться от рассмотренных выше методик расчётов ОНВ и ВР. Основное отличие будет состоять в учёте особенностей геометрии поверхности теплообмена (ПТ будет иметь специфические размеры и конфигурацию, оребрение с обеих сторон), а также в определении граничных условий по теплообмену и сопротивлению со стороны масла. Последнее обстоятельство составляет наибольшую сложность для практической реализации соответствующих расчётных методик, поскольку корректные данные для определения граничных условий со стороны масла при его течении внутри оребрённых трубок автору неизвестны. Заимствование граничных условий, полученных при использовании иных теплоносителей, вызывает ряд вопросов, на которые невозможно ответить с полным основанием.

Близкая ситуация имела место при организации расчётов ЖМТ, и в том случае необходимые граничные условия были установлены на основании специальных исследований, проведенных при участии автора. Отсутствие равноценных данных для течения масла внутри оребрённых трубок является единственной причиной, по которой корректные методики расчётов МР не могут быть здесь рассмотрены. По-видимому, для решения данного вопроса необходимо проведение направленных исследований, на базе которых должны быть определены и опубликованы достаточные для инженерных расчётов сведения.